рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Лауреат Всероссийского конкурса по созданию новых учебников ЭКОЛОГИЯ

Лауреат Всероссийского конкурса по созданию новых учебников ЭКОЛОГИЯ - раздел Экология, Лауреат Всероссийского Конкурса По Созданию Новых Учебн...

Лауреат Всероссийского конкурса по созданию новых учебников

По общим естественнонаучным дисциплинам для студентов

Высших учебных заведений

Т.А. АКИМОВА, А.П. КУЗЬМИН, В.В. ХАСКИН

 

 

ЭКОЛОГИЯ

ПРИРОДИ - ЧЕЛОВЕК - ТЕХНИКА

Под общей редакцией А.П. Кузьмина

Рекомендовано Министерством образования

Российской Федерации в качестве учебника

Для студентов технических направлений

И специальностей вузов

Москва •2001


УДК 502.3/.5(075.8)

ББК 20.1я73

А39

 

Рецензенты:

кафедра безопасности жизнедеятельности

Санкт-Петербургской лесотехнической академии

(зав. кафедрой - заслуженный деятель науки и техники РФ,

президент Международной академии экологии и безопасности

жизнедеятельности д-р техн. наук, проф.О.Н. Русак);

д-р хим. наук, проф.Л.Н. Блинов

 

Главный редактор издательства Н.Д. Эриашвили

 

Акимова Т.А., Кузьмин A.П., Хаскин В.В.

  Учебник представляет современную экологию как междисциплинарный комплекс… Излагаются основные свойства, законы и принципы функционирования экологических систем, биосферы и техносферы.…

ББК 20.1я73

 

ISBN 5-238-00191-6 © Т.А. Акимова, А.П. Кузьмин, В.В Хаскин, 2000

© 000 "ИЗДАТЕЛЬСТВО ЮНИТИ-ДАНА". 2000

Воспроизведение всей книги или любой ее части

запрещается без письменного разрешения издательства

 


Предисловие

Опыт показывает, что знания, получаемые студентами технических вузов, явно недостаточны для создания экологически приемлемых технологий и техники. Обучение инженеров строится в основном на редукционистском подходе, т.е. на сведении сложных задач к простым, расчленении сложного на простые составные части с их последующим упрощенным анализом. Будущих специалистов учат рассматривать искусственно выделенные события, каждое из которых имеет, как правило, одну причину.

Между тем, изучение экологии и современных экологических проблем основано на целостном рассмотрении чрезвычайно сложных систем, на принципе холизма (от греч. холос - целое). В биосфере каждое событие - это одновременно и причина возникновения других событий. Вся живая природа представляет собой единую сеть вещественных, энергетических и информационных взаимодействий, организованных в виде замкнутых авторегуляторных циклов. В недрах этой системы сравнительно недавно возникла и стремительно разрослась техносфера - порождение человеческой цивилизации. Техносфера нарушила замкнутость природных круговоротов. Люди разомкнули круг жизни в биосфере, создав бесчисленные циклы и линейные цепи искусственных событий. В результате назрели главные современные проблемы: нарушение окружающей природной среды превысило предел выносливости биосферы, и человек оказался в ловушке противоречий между своей биологической сущностью и нарастающим отчуждением от природы.

Осознание глобальной экологической катастрофы, заставляет мировое сообщество искать пути выхода из кризисной ситуации. Вывод о необходимости перехода цивилизации к экологически сбалансированному развитию имеет непосредственное отношение к опасности, угрожающей не только биосфере, но и человеческой цивилизации, заставляет мировое сообщество искать пути выхода из кризисной ситуации. Сформулированный в документах Конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992) вывод о необходимости перехода цивилизации к экологически сбалансированному развитию имеет непосредственное отношение и к России.

Для преодоления экологического кризиса и острых противоречий во взаимоотношениях общества и природы необходим новый образ мышления, переход к экологизации экономики и производства, а в перспективе - к постиндустриальной экологически ориентированной цивилизации. В этих условиях чрезвычайно актуальной становится экологическая подготовка инженеров. Нужна новая система знаний, построенная на едином теоретическом фундаменте и выходящая за традиционные рамки экологии как биологической науки. Требования новой стратегии неизмеримо шире задач охраны окружающей среды, они не сводятся лишь к сокращению потока загрязнений. Новые знания должны помочь будущим специалистам организовать человеческое хозяйство в условиях жестких экологических ограничений.

В предлагаемой книге сделана попытка представить весь комплекс обширных сведений и проблем современной экологии с помощью системной модели «биота биосферы - окружающая среда - человек, общество - экономика, производство и техника». Авторы исходят из понимания современной экологии как междисциплинарной области знаний об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и в обществе в их взаимосвязи. Такой подход позволяет преодолеть разрыв между традиционными курсами экологии, природопользования и охраны окружающей среды. Это соответствует и требованиям государственных образовательных стандартов для технических специальностей. Вопросы рационального природопользования, экологические принципы охраны природы и инженерной защиты окружающей среды включены в типовую программу курса экологии.

Учебник состоит из одиннадцати глав. В первых двух излагаются предмет, структура и задачи современной экологии, обосновывается необходимость системного подхода к изучению взаимодействия человека, техники и природы. Третья и четвертая главы освещают фундаментальные основы экологии как биологической науки. В пятой и шестой главах излагается материал, относящийся к техносфере и проблемам эксплуатации природных ресурсов и техногенного загрязнения среды. Главы 7, 8 и 9 посвящены оценке техногенных воздействий и экологических поражений, проблемам обеспечения экологической безопасности и концепциям выхода из экологического кризиса. В двух заключительных главах рассмотрены принципы, методы и средства практической реализации новой стратегии взаимодействия общества и природы - экологизации экономики и производства.

Будущий инженер столкнется в этой книге с новыми понятиями и подходами к проблемам технического освоения природы, в том числе и с доказательствами антиэкологичности техники и техногенеза. Экологический императив вынуждает изменить точку зрения на научно-технический прогресс и оценивать развитие техники и производства, экономический рост в первую очередь по критериям экологического риска. Если учебное пособие будет способствовать формированию экологического мировоззрения будущих специалистов, научит их соизмерять технический прогресс с выносливостью биосферы и рассматривать производственную деятельность с точки зрения законов живой природы, авторы будут считать свою задачу выполненной.

Авторы с благодарностью примут замечания и предложения по улучшению учебника.


ГЛАВА 1. Предмет экологии. Методы и задачи

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Объяснить расширенное понимание предмета экологии и назвать основное определение экологии, принятое в этом курсе. 2. Охарактеризовать процесс экологизации знаний. 3. Перечислить подразделения «большой экологии» и связи между ними. 4. Объяснить различие между понятиями «экология», «природопользование» и «охрана природы». 5. Перечислить основные методы экологии. 6. Назвать глобальные проблемы и задачи экологии.

 

Предмет экологии

Собственно экология как наука сформировалась в рамках биологии. Ее предметом стали взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей… Термин «экология» (от греч. oikos - дом, обитель, место обитания и logos -… Выражение «экономика природы» тогда звучало лишь как образное иносказание. Но спустя сто лет появились веские…

Основные разделы экологии

Основные разделы современной экологии: общая (теоретическая) экология, биоэкология, геоэкология, экология человека и социальная экология, прикладная экология.

Каждый раздел имеет свои подразделы и связи с другими частями экологии и смежными науками.

Общая экология посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. Ее ядром является теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем. Многие природные экологические процессы происходят очень медленно и обусловлены множеством факторов. Для изучения их механизмов недостаточно одних натурных наблюдений, нужен эксперимент. Экспериментальная экология обеспечивает методическим инструментарием различные разделы науки. Но возможности эксперимента в экологии ограниченны. Поэтому широко применяется моделирование, в частности математическое. Вместе с обработкой информации и количественным анализом фактического материала оно входит в раздел теоретической экологии, который называют математической экологией.

Биоэкология - «классическая» экология, сформировавшаяся в рамках биологии, представляет собой достаточно цельную область естествознания. Она посвящена взаимодействиям со средой надорганизменных биологических систем всех уровней.

В ней выделяются:

§ экология отдельных особей как представителей определенного вида организмов - аутоэкология;

§ экология генетически однородных групп организмов одного вида, имеющих общее место обитания, - популяционная экология;

§ экология многовидовых сообществ, биоценозов - синэкология;

§ учение об экологических системах - биогеоценология.

Другой принцип деления относится к таксономическим группам организмов - царствам бактерий, грибов, растений, животных и к более мелким систематическим категориям: типам, классам, отрядам. Например, экология водорослей, экология насекомых, экология птиц, экология китов и т.п. Еще один раздел составляет эволюционная экология - учение о роли экологических факторов в эволюции. Именно в биоэкологии на основе изучения роли потоков веществ, энергии и информации в жизнедеятельности организмов формируется представление об экологии как об экономике природы.

Подразделение производится также по типу среды обитания - наземной (суши), почвенной, пресноводной, морской; по принадлежности сообществ организмов к разным природно-климатическим зонам (экология тундры, тайги, степей, пустынь, гор, тропических лесов) и типам ландшафтов (экология речных долин, морских берегов, болот, островов, коралловых рифов и т.п.). Эту совокупность приложений иногда называют географической экологией, илигеоэкологией.

На стыке биоэкологии и геохимии Земли на основе изучения роли живых организмов в планетарной трансформации солнечной энергии и в круговороте химических элементов возниклоучение о биосфере - глобальной экологической системе. Современная глобалистика существенно расширила горизонты экологии и усилила ее проблемную направленность.

В сумму экологических знаний несколько отдельно от традиционной биоэкологии входитэкология человека - комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной и преобразованной самим человеком средой. Важной особенностью экологии человека является социобиологический подход - правильное уравновешивание биологических и социальных аспектов.

Социальная экология как часть экологии человека - это объединение научных отраслей, изучающих связь общественных структур (начиная с семьи и других малых общественных групп) с природной и социальной средой их окружения. К этому объединению относятся экология народонаселения - экологическая демография и экология человеческих популяций. При этом рассматривается как влияние среды на общество, так и воздействие общества на среду.

Прикладная экология - большой комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Она формирует экологические критерии экономики, исследует механизмы антропогенных воздействий на природу и окружающую человека среду, следит за ее качеством, обосновывает нормативы неистощительного использования природных ресурсов, осуществляет экологическую регламентацию хозяйственной деятельности, контролирует экологическое соответствие различных планов и проектов, разрабатывает технические средства охраны окружающей среды и восстановления нарушенных человеком природных систем. Выделяются следующие разделы прикладной экологии: инженерная, сельскохозяйственная, биоресурсная и промысловая, коммунальная, медицинская.

Инженерная экология - сравнительно новое направление экологической науки, изучающая взаимодействия техники и природы, закономерности формирования региональных и локальных природно-технических систем и способы управления ими в целях защиты природной среды и обеспечения экологической безопасности. Инженерная экология призвана обеспечить соответствие техники и технологии промышленных объектов экологическим требованиям. В ее сферу входит комплекс взаимосвязанных задач:

§ регламентация экологически безопасного производственного освоения территорий, размещения и строительства хозяйственных объектов;

§ оптимизация отраслевой структуры производства;

§ определение допустимой техногенной нагрузки на территории, контроль и регламентация материально-энергетических потоков производства и техногенных эмиссии (т.е. испускания, выброса побочных продуктов) от различных инженерных объектов;

§ экологизация производства, создание ресурсосберегающих и малоотходных технологий, экологически чистых материалов и продуктов производства;

§ экологическая безопасность территориальных промышленных комплексов, производственных процессов, сооружений, машин и изделий;

§ инженерно-экологическое обеспечение производства, разработка методов инженерно-экологической профилактики, восстановления и реконструкции ландшафтов.

Центральное место в сфере инженерной экологии занимает промышленная экология - область прикладной экологии, которая изучает воздействия промышленности на природу, окружающую человека среду, разрабатывает средства регламентации этих воздействий и защиты от них окружающей среды. С промышленной экологией тесно связаны экологические аспекты энергетики, транспорта, строительства, горного дела и т.п. Инженерной экологии приходится также иметь дело с влиянием экологических факторов и различных живых организмов на инженерные объекты.

Сельскохозяйственная экология в своей значительной части сливается с биологическими основами земледелия (агроэкология) и животноводства (экология сельскохозяйственных животных). Экосистемный подход обогащает агробиологию принципами и средствами рациональной эксплуатации земельных ресурсов, повышения продуктивности и получения экологически чистой продукции.

Биоресурсная и промысловая экология изучает условия, при которых эксплуатация биологических ресурсов природных экосистем (лесов, континентальных водоемов, морей, океана) не приводит к их истощению и нарушению, утрате видов, уменьшению биологического разнообразия. В задачи этой дисциплины входят также разработка методов восстановления и обогащения биоресурсов, научное обоснование интродукции и акклиматизации растений и животных, создания заповедников.

Экология поселений, коммунальная экология - разделы прикладной экологии, посвященные особенностям и влияниям различных факторов искусственно преобразованной среды обитания людей в жилищах, населенных пунктах, в городах (урбоэкология).

Медицинская экология - область изучения экологических условий возникновения, распространения и развития болезней человека, в том числе острых и хронических заболеваний, обусловленных природными факторами и неблагоприятными техногенными воздействиями среды. Медицинская экология включает в качестве раздела рекреационную экологию, т.е. экологию отдыха и оздоровления людей, смыкающуюся с курортологией.

Из этого перечня видно, что экологизации подверглись многие науки и сферы практической деятельности. В их пограничных зонах возникают новые дисциплины. Геоэкология тесно взаимодействует с биогеографией - наукой о географическом распределении живых организмов; многие разделы этих дисциплин накладываются друг на друга. Это же можно сказать и об экологии человека, с одной стороны, и социологии, антропологии, с другой.

Еще теснее переплетаются с родственными дисциплинами ветви прикладной экологии. Ее экономические аспекты изучаются быстро развивающейся экономикой природопользования. Уже упомянута сопряженность сельскохозяйственной экологии с агробиологией. Экология города имеет много общего с коммунальной гигиеной. Медицинская экология в большой мере опирается на токсикологию, патологию и эпидемиологию. Большинство требований промышленной экологии совпадает с нормами безопасности и культуры производства, гигиены труда и производственной санитарии, эргономики и безопасности жизнедеятельности.

Все это отнюдь не свидетельствует о размывании предмета экологии. Напротив, происходит интеграция знаний: в пограничных областях происходит взаимное обогащение наук. Размах экологизации указывает на то, что экология претендует на лидирующее положение в современной науке и способствует синтезу фундаментальных знаний о природе и обществе. По выражению Н.Ф.Реймерса (1994) экология «выросла из коротких штанишек, надетых на нее Э.Геккелем, но еще не удостоилась нового костюма» - научного признания, соответствующего ее общественной значимости. Формирование фундаментальных теоретических основ экологии находится еще в самом начале. Приведенный выше перечень показывает, что по системной совокупности объектов «большая экология» - это одна из самых сложных синтетических наук, требующая универсальной подготовки и глубоких профессиональных знаний.

 

Экология, природопользование и охрана окружающей среды

А ведь и в экономике природы и в экономике человека речь идет, в сущности, об одном и том же - о круговороте ценностей, о производстве, обмене и… Природопользование может быть рациональным (разумном) и нерациональным. При… Зачастую экологией называют охрану окружающей человека среды, а иногда и просто состояние этой среды. Это неправильно.…

Методы экологии

Методы регистрации и оценки состояния среды являются необходимой частью любого экологического исследования. К ним относятся метеорологические… К этой же группе методов следует отнестимониторинг - периодическое или… Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных лежат в основе…

Главные проблемы и задачи экологии

Природа в целом сама по себе не знает экологических проблем. Если они и возникали у некоторых групп организмов, то решались, как правило, медленным… 1. Объем антропогенного воздействия на природу и окружающую человека среду в… q Резкое сокращение площади ненарушенных естественных экосистем, их существенная деградация на остальной площади суши,…

Глава II. Системы в экологии

 

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Дать определение системы и трактовку некоторым общим свойствам систем. 2. Объяснить значение контура обратных связей на примере любой экосистемы. 3. Сформулировать наиболее важные системные постулаты экологии. 4. Объяснить различие между понятиями «биосфера* и «экосфера». 5. Охарактеризовать основные связи между главными компонентами экосферы.

 

 

MTWE50-092001-CAL

Принципы теории систем в экологии

Согласно общей теории систем под системой понимается некая мыслимая или реальная совокупность частей (элементов) со связями (взаимодействиями) между… Некоторые общие свойства систем: 1. Свойства системы невозможно понять лишь на основании свойств ее частей. Решающее значение имеет именно связь или…

Главные законы экологии

Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему… Принцип Ле Шателье - Брауна - при, внешнем воздействии, выводящем систему из… В мире действуетзакон всеобщей связи вещей и явлений в природе ив обществе. Он связан с законом физико-химического…

Основные объекты экологии

Основные свойства живых систем - структурная организация, способность к самовоспроизведению и самосборке, обмен веществ и энергии, раздражимость,… Организменный уровень. На низшей ступени иерархии объектов экологии находится… Популяционный уровень. Каждый биологический вид в природе представлен почти всегда несколькими, часто многими…

Рис. 2.1. Схема биогеоценоза

Биогеоценоз - это элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем. Во всех наземных экосистемах масса растений всегда во много раз больше массы других организмов. Поэтому для большинства биогеоценозов определяющей характеристикой является определенный тип растительного покрова, по которому судят о принадлежности однородных биогеоценозов к данному экологическому сообществу (сообщества березового леса, мангровой заросли, ковыльной степи, сфагнового болота и т.п.). Совокупность сообществ определенной крупной географической области называют региональной биотой, а объединение экосистем какой-либо из природно-климатических зон (тундры, тайги, степей, пустынь, тропических лесов и т.п.) -биомом.

Биосферный уровень. На высшей ступени иерархии биосистем находится глобальная экосистема -биосфера - совокупность всех живых организмов и их экологической среды в пределах планеты.

Термин «биосфера» впервые применил австрийский геолог Э.Зюсс (1873), определяя им пространство органической жизни на Земле. И впоследствии биосферу определяли аналогично биотопу - как пространство на планете, заполненное жизнью. Или аналогично биоценозу - как глобальное сообщество организмов.

Выдающаяся роль в развитии учения о биосфере принадлежит В.И.Вернадскому. В своем классическом труде «Биосфера» (1926) он по существу переоткрыл это понятие, придав ему смысл и статус глобальной системы, в которой все живые организмы так взаимодействуют между собой и с окружающей средой, что оказывают определяющее влияние на планетарные геохимические и энергетические превращения.

Вернадский подошел к такому пониманию со стороны геохимии. По его представлениям биосферу слагают три категории субстанций:

1) живое вещество - совокупность всех живых организмов - микроорганизмов, растений и животных, их активная биомасса; живое вещество противопоставлено неживому, косному веществу - горным породам, минералам, никак не связанным с деятельностью живых организмов (изверженные и метаморфические породы земной коры, магматические руды, продукты их абиогенного преобразования и т.п.);

2) биогенное вещество - мертвая органика, все формы детрита, торф, уголь, нефть и газ биогенного происхождения, а также осадочные карбонаты, известняки и т.п.;

3) биокосное вещество - смеси живого вещества и биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битуминозные пески, часть осадочных пород).

Вернадский рассматривал земную кору как продукт деятельности прошлых биосфер.

Современные теоретические подходы вносят поправку в представление о структуре и функциях биосферы. Значительная часть биогенных и биокосных веществ, заключенных в глубоких недрах (уголь, нефть, нефтеносные сланцы и др.), фактически выведена из текущего естественного биотического круговорота, хотя некотороеих количество искусственно вносится в оборот человеком. Поэтому, строго говоря, они не относятся к биосфере как таковой; ей присущи только те вещества и процессы, те элементы и характеристики, которые находятся под контролем современной глобальной биоты, но не компоненты природы, сложившиеся и захороненные в геологическом прошлом (Горшков, 1993).

Таким образом, к современной биосфере относится вся совокупность живых организмов (живое вещество) и все вещества литосферы, гидросферы и атмосферы, которые находятся под контролем потребления, трансформации и продуцирования живыми организмами (т.е. современное «биогенное вещество»).

Такое понимание совпадает с введенным ранее и ныне иногда применяемым понятиемэкосферы - планетарной совокупности современных экосистем.

Возникает вопрос, следует ли включать в экосферу человека со всем его хозяйством? Автор термина Л.Кол (Cole, 1958) обозначил им совокупность всего живого на Земле вместе с его окружением и ресурсами. Но ведь именно человечество и продукты его производства и потребления оказывают серьезное влияние на процессы биосферы, вмешиваются в природный круговорот, изменяя и нарушая его сбалансированность и гармоничность. При этом в пределах биосферы сегодня оказываются и искусственно навязываются ей химически чуждые вещества, которые никогда не участвовали в естественном биосферном круговороте или были «отходами» прошлых биосфер, захороненными навсегда или на сроки геологических масштабов. Например, свинец, ртуть, уран, каменный уголь, нефть, многие синтетические материалы и т.п.

В. И. Вернадский считал, что человечество входит в систему биосферы как ее составная часть: «Человечество как живое вещество непрерывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли - с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту». Но «живое вещество» человечества неотделимо и от человеческого материального производства, и от созданной человеком технической цивилизации.

Сегодня Земля содержит многослойную насыщенную сферу искусственно созданных объектов. Планета окружена простирающимся на миллиарды километров ореолом модулированных радиоволн. В околоземном космическом пространстве по разным орбитам движутся тысячи действующих и отработавших искусственных спутников. В атмосфере постоянно перемещаются тысячи летательных аппаратов. На поверхности суши простираются пространства технически преобразованных ландшафтов, вкраплено огромное число населенных пунктов, сооружений, дорог с искусственным покрытием и других коммуникаций. Несметное количество различных топок, реакторов, машин, механизмов, преобразователей энергии заполняют планетарную среду химическими, тепловыми, электромагнитными, радиационными и акустическими эмиссиями, т.е. все это излучает, испускает, шумит. В разных направлениях и с разными скоростями по суше и морям перемещаются миллионы различных транспортных средств. То тут, то там происходят большие и малые аварии, раздаются взрывы, звучат выстрелы. По земле разбросаны многочисленные отвалы пустой породы, терриконы, свалки, развалины. В земле скрыты горные выработки, шахты, рудники, скважины, сети кабелей и трубопроводов, древние «культурные слои» и захоронения. Океан тоже содержит множество искусственных предметов - от плавающего мусора до гигантских танкеров, авианосцев, подводных лодок. Водные пространства пересекают трассы морских путей; дно океана усеяно останками кораблей.

Для обозначения всего этого наиболее подходит терминтехносфера - глобальная совокупность орудий, объектов и продуктов человеческого производства. Более подробно техносфера будет охарактеризована позднее, в главе 5. В планетарном масштабе техносфера имеет общую среду с биосферой и множеством процессов взаимодействует с ней. Вероятно, можно дать и общее название системе этого взаимодействия. Перебрав возможные варианты, мы предпочли новую трактовку понятия экосферы, имея в виду именно современное ее состояние, которое в большой мере определяется вмешательством человеческой деятельности. Используя этот ранее заимствовонный термин, мы теперь обозначаем им единую глобальную систему взаимодействия современной биосферы и техносферы. Недаром Н.Ф.Реймерс (1994) обозначил глобальную экологию как экосферологию: «глобальная экология выходит за рамки биосферы, изучая всю экосферу планеты как космического тела».

Итак,экосфера = современная биосфера + техносфера. В таком понимании экосфера предстает как арена взаимодействий человека и природы, на которой сосредоточены все современные экологические проблемы и коллизии. Экосфера становится главным объектом современной «большой* экологии.

Системные связи в экологии

Они связаны и положительной, и отрицательной причинными зависимостями. Знаки… В целом такой контур имеет отрицательный знак (-): «плюс и минус дают минус». Это означает, что система способна сама…

Рис. 2.2. Схема взаимодействий (причинных связей) между основными компонентами экосистемы водоема

М - минеральные питательные вещества, В - водоросли, Ж - животные,

Д - детрит, Б – бактерии

 

Допустим, что под влиянием внешнего фактора, например, благоприятной температуры или попадания в водоем органики началось усиленное развитие водорослей - фитопланктона. Это приводит к уменьшению запаса минеральных веществ и росту количества животных - от зоопланктона до рыб. Вызванное этим повышенное выедание фитопланктона приводит через какое-то время к ограничению размножения животных. Временное повышение биомассы гидробионтов ведет к нарастанию массы детрита. Будучи пищей для бактерий, детрит обусловливает их усиленное размножение и преобразуется ими в минеральные продукты. Цикл замыкается. Контур в целом имеет отрицательный знак. Система способна к самоподдержанию. На подобных механизмах основаны процессы самоочищения водоемов.

Но если в водоем попадает слишком большое количество биогенных элементов (например, систематически сбрасываются стоки завода минеральных удобрений), происходит нарушение цикла. Начинается бурный рост водорослей, толщина их слоя резко увеличивается, снижается поступление света в нижние слои водоема, замедляются процессы фотосинтеза. Одновременно усиливается гниение большой массы отмерших клеток. На их разложение уходит весь растворенный в воде кислород и тогда погибают не только животные, но и разлагающие детрит бактерии. Цепь разрывается. Если вредные для водоема стоки не прекратить, то природный механизм самоочищения придет в упадок.

Необходимо подчеркнуть исключительное значение отрицательных обратных связей для любых систем, в которых осуществляется регуляция. Отрицательная обратная связь является главным элементом любого регулятора в технике. На принципе отрицательной обратной связи построены все механизмы регуляции физиологических функций в любом организме и поддержание постоянства внутренней среды и внутренних взаимосвязей, т.е. гомеостаза любой авторегуляторной системы. Все экологические системы включают контуры отрицательных обратных связей.

В отличие от них контуры положительных обратных связей не только не способствуют регуляции, а наоборот, генерируют дестабилизацию систем, приводя их либо к угнетению и гибели, либо к ускоряющемуся росту, к «разгону» системы, за которым, как правило, следует срыв и разрушение системы.

Так, в любом растительном сообществе плодородие почвы, урожай растений, количество отмерших остатков растений - детрита и количество образующегося из него гумуса образуют контур положительных связей. Система находится в неустойчивом равновесии, так как достаточно изъятия части урожая растений без последующего возврата в почву необходимого количества питательных веществ, чтобы начался процесс деградации почвы и снижения продуктивности растений.

На контурах положительной обратной связи основаны те механизмы современной экономики, когда рост производства поддерживается усилиями маркетинга, диктатом предложения, навязчивой рекламой, которая искусственно провоцирует новые потребности и спрос. Ярким примером фатальности положительной обратной связи может быть гонка вооружений, при которой увеличение количества оружия увеличивает риск поражения оружием и потребность в усилении вооруженной защиты, что ведет к новому витку производства еще более мощных вооружений. Положительные обратные связи действуют и тогда, когда человек или общество ориентируется не на подлинные объективные критерии благополучия, а на кажущиеся, на сиюминутные прихоти. В результате действительное состояние, здоровье человека или общества ухудшается. Механизм такого поведения Д.Медоуз (1992) назвал «мания»-структурой.

В сложных системах всегда сочетаются контуры обоих знаков. Необходимо подчеркнуть, что поведение сложных авторегуляторных систем в большей степени определяется наличием контуров обратной связи, чем силой каждой отдельной связи. Чтобы изменить поведение системы, недостаточно изменить силу связи, гораздо важнее добавить или изъять какие-то кольца связей, которые могли бы изменить знак контура системы.

Модель экосферы

Сначала возьмем «простой» контур взаимодействий «природа - человек»: + П Ч (–)

Рис. 2.3. Схема взаимосвязей между главными компонентами экосферы

Пояснения в тексте

 

Человек ведет себя так, как будто почти не испытывает ограничений и сопротивления со стороны природы.

Теперь развернем компоненты системы следующим образом (рис. 2.3). «Природа» представлена современной биосферой и подразделена на биоту биосферы - совокупность всех живых организмов биосферы и на их среду, включая среду человека. Выделение среды в отдельный блок, как бы равноправный с другими элементами, в данном случае сделано лишь для удобства формального рассмотрения. В действительности все элементы системы находятся в одной общей среде. Подсистема «человек» выделена как техносфера и подразделена на собственно человека, людей, человечество и на человеческое хозяйство - экономику, производство, технику.

Техника, в ее широком понимании, - это совокупность средств человеческой деятельности, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. Она опосредует взаимодействия человека и природы. В ходе технического освоения природы человек использует все более изощренные технологии - совокупность методов, применяемых при изготовлении продукции. Подобно тому, как биота биосферы представляет собой совокупность биоценозов, так и современное человеческое хозяйство можно представить как совокупность техноценозов - созданных человеком технизированных комплексов. Современное общество преобразует природу посредством техники в масштабах, которые обусловили формирование техносферы.

Может показаться, что категория экономики в этом блоке избыточна, поскольку в нем представлены производство и техника. В том смысле, что природе как бы «нет дела» до нематериальной части экономики - денег, цен, кредитов, ренты, прибыли и т.п. Непосредственное воздействие на природу оказывают именно материальные техногенные потоки. Но чтобы понять причины, источники, механизмы техногенного давления на природу, необходимо рассматривать все человеческое хозяйство в контексте взаимодействия экономики человека и экономики природы.

Контур техносферы имеет положительный знак, поскольку взаимозависимость между людьми и их хозяйством, техникой положительна: человечество растет и наращивает производство ресурсов для своего дальнейшего роста, т.е. прямая и обратная связи положительны. На протяжении всей новой истории и особенно в XX в. эта система находилась и продолжает находиться в состоянии экспоненциального роста, который лишь частично сдерживается дефицитом ресурсов и лимитирующими факторами среды. Контур биосферы имеет отрицательный знак, так как взаимодействия между организмами и средой в природе в целом превосходно уравновешены: биота биосферы обладает средообразующей функцией и точно контролирует свойства собственной среды (связь +), а условия среды (в основном ограниченность количества вещества, которое может быть использовано биотой) лимитируют увеличение массы биоты (связь -).

Взаимоотношения между человеческим хозяйством, техникой и биотой биосферы образуют контур отрицательной обратной связи: биота, включая продуцентов сельского хозяйства, является важным ресурсом производства и потребления (связь +), а изъятие части этого ресурса обедняет и угнетает биоту (связь -). Влияние производства и техники на биосферу опосредовано также их общей средой, причем здесь не уравновешены сильная отрицательная и слабая положительная обратная связь. Воздействие людей на биоту и среду практически полностью опосредовано производством и техникой. Прямое взаимодействие людей и среды характеризуется практически односторонней положительной обратной связью. Наконец, в связи «биота - люди» сочетаются относительно слабые как положительные влияния биоты (не опосредованная производством и техникой часть ресурсов потребления, а также информационное значение биоты для науки и искусства), так и негативные влияния (природные яды, возбудители и переносчики заболеваний).

Как уже отмечено, в целом система экосферы обладает свойствами контура с отрицательной обратной связью и должна быть способной к авторегуляции. Благополучие человечества обусловлено двумя сильными положительными связями: одной - со стороны экономики, другой - со стороны экологической среды. Сами люди отдают явное предпочтение первой из них - получению произведенных ценностей. Поскольку число людей и их потребности растут, увеличиваются и масштабы экономики. Это увеличение до сих пор происходит намного быстрее, чем растет коэффициент полезного действия (кпд) экономики, т.е. отношение количества произведенной пользы (ценностей) к количеству использованных для этого веществ и энергии. Следовательно, рост экономики сопровождается и ростом его вредного действия - увеличением негативного техногенного давления на природу и окружающую среду, а через них и на человека.

Способность всей системы к авторегуляции и стабилизации основана на объективных законах природы. Она отвечает свойствам природных систем, обеспечивает их устойчивость. Но эта способность не устраивает человека, так как он не любит ограничивать себя. Он обрел небывалую для живых существ потребительскую мощь и привык «покорять природу», брать от нее все больше и больше, не считаясь с ее сопротивлением и ответными ударами. Поэтому сейчас вся система крайне неравновесна. Но это временное состояние. Оно не может продолжаться сколь угодно долго.

Сотни миллионов лет существовала устойчивая биосфера, и наши предки сравнительно недавно естественным путем вошли в ее сообщество. Два миллиона лет они жили в согласии с природой, потребляя только то, что им было выделено по естественному закону. Но постепенно они создали неустойчивую, быстро растущую техносферу. И всего 2 столетия - миг по масштабам эволюции - она наращивает конкуренцию с породившей ее природной системой, угнетая другие виды, захватывая чужие ресурсы, осуществляя глобальныйэкоцид, т.е. уничтожение экологических систем. Видимо, в пределах такого же масштаба времени по закону обратной связи вся система экосферы должна стабилизироваться, стать равновесной. Это неизбежно. Вопрос лишь в том, сохранится ли при этом вся структура, подобная нынешней, или останутся только мертвые «памятники» техносферы и измененная биосфера - ограбленная и изуродованная человеком природа планеты, которой понадобятся миллионы лет, чтобы залечить раны, но которая уже никогда не станет прежней.

Социальная психология отвергает такой вариант - путь апокалипсиса, гибели человечества. Но тогда возникает второй вопрос: каким должно стать стабилизированное и уравновешенное сочетание биосферы и техносферы и какое участие в этой стабилизации должен принять человек - самый активный элемент системы? Понимают ли люди и согласятся ли они с тем, что стабилизация должна происходить за их счет? Ведь именно человек запустил бумеранг техногенеза и сейчас находится под его ударом, опосредованным окружающей средой. Вся система - и природа, и человечество находятся сейчас в точке бифуркации, может быть, самой драматичной в истории Земли. Необходим выбор новой, действительно разумной стратегии. Этот выбор становится важнейшей задачей человечества.


ГЛАВА III. Биота биосферы

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Дать определение системы и трактовку некоторым общим свойствам систем. 2. Объяснить значение контура обратных связей на примере любой экосистемы. 3. Сформулировать наиболее важные системные постулаты экологии. 4. Объяснить различие между понятиями «биосфера* и «экосфера». 5. Охарактеризовать основные связи между главными компонентами экосферы.

 

 

Основные свойства живых систем

Живой может быть названа динамическая система, которая активно воспринимает и преобразует молекулярную и сигнальную информацию с целью… 1. Система должна иметь относительно устойчивую структурную организацию.… 2. Наличие запаса концентрированной энергии, которая может быть использована для восприятия сигналов, реагирования на…

Надорганизменные биосистемы. Популяции

Вместе с тем популяция обладает и чертами сходства с организмом как биосистемой, так как имеет определенную структуру, целостность, генетическую… Структуре популяция. Различают половую, возрастную, генетическую,… Половая структура популяции - это соотношение в ней особей разного пола. Существенное значение она имеет для тех форм,…

Экосистемы

Состав м функциональная структура экосистемы. Каждая экосистема имеет собственное материально-энергетическое обеспечение и определенную…  

Рис. 3.2. Упрощенная схема переноса веществ и энергии в экосистеме

- перенос веществ, - перенос энергии

 

Автотрофы (самопитающие) - организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ - в основном из углекислого газа и воды - посредством процессов фотосинтеза и хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы - все хлорофиллоносные (зеленые) растения и микроорганизмы. Хемосинтез наблюдается у некоторых почвенных и водных хемоавтотрофных бактерий, которые используют в качестве источника энергии не солнечный свет, а ферментативное окисление ряда веществ - водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа.

Фотоавтотрофы (растения) составляют основную массу биоты и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в экосистеме, т.е. являются первичными производителями продукции - продуцентами экосистем. Синтезированная автотрофами новая биомасса органического вещества - это первичная продукция, а скорость ее образования - биологическая продуктивность экосистемы. Автотрофы образуют первый трофический уровень любой полночленной экосистемы.

Гетеротрофы (питающиеся другими) - организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий.

В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они подразделяются на консументов и редуцентов.

Консументы - потребители органического вещества организмов. К ним относятся:

§ консументы I порядка - растительноядные животные (фитофаги), питающиеся живыми растениями (тля, кузнечик, гусь, овца, олень, слон);

§ консументы II порядка - плотоядные животные (зоофаги), поедающие других животных, - различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), нападающие не только на фитофагов, но и других хищников. Существует немало животных со смешанным питанием, потребляющих и растительную и животную пищу - плотоядно-растительноядные и всеядные. Консументы I и II порядка занимают соответственно второй, третий, а иногда и следующий трофические уровни в экосистеме.

Особенную группу консументов составляют паразиты и симбиотрофы. И те и другие живут (по меньшей мере на протяжении части жизненного цикла) за счет веществ организма-хозяина. Это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различные микроорганизмы, а также некоторые грибы и растения. В отличие от паразитов, часто вызывающих заболевания, а иногда и гибель хозяина, симбиотрофы выполняют жизненно важные для хозяина трофические функции. Это мицелиальные грибы-микоризы, участвующие в корневом питании многих растений; клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот; микробиальное население сложных желудков жвачных животных, повышающее перевариваемость и усвоение поедаемой растительной пищи.

Еще одну группу консументов образуют детритофаги, или сапрофаги - животные, питающиеся мертвым органическим веществом - остатками и продуктами жизнедеятельности растений и животных. Это различные черви, членистоногие (клещи, многоножки, личинки насекомых, жуки-копрофаги) и другие животные - все они выполняют функцию очищения экосистем. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов.

Редуценты - бактерии и низшие грибы - завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы молекулярный азот, минеральные элементы и последние порции двуокиси углерода.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии. Их совместное функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты биотопа, формируя и поддерживая экологическую среду экосистемы.

Никакая часть экосистемы не может существовать без другой. Если по какой-либо причине происходит нарушение структуры экосистемы, исчезает группа организмов, вид, то по закону цепных реакций может сильно измениться или даже разрушиться все сообщество. Но часто бывает и так, что через какое-то время после исчезновения одного вида на его месте оказываются другие организмы, другой вид, но выполняющий сходную функцию в экосистеме. Эта закономерность называется правилом, замещения, или дублирования:

у каждого вида в экосистеме есть «дублер». Такую роль обычно выполняют виды менее специализированные и в то же время экологически более гибкие, адаптивные. Так, копытных в степи замещают грызуны; на мелководных озерах и болотах аистов и цапель замещают кулики и т.п. При этом решающую роль играет не систематическое положение, а близость экологических функций между замещаемыми и замещающими группами организмов.

Принципиальное различие между потоками вещества и энергии в экосистеме заключается в том, что биогенные элементы, составляющие органическое вещество, могут многократно участвовать в круговороте веществ, тогда как поток энергии однонаправлен и необратим. Каждая порция энергии используется однократно. В соответствии со вторым законом термодинамики на каждом этапе трансформации энергии значительная ее часть неизбежно рассеивается в виде теплоты.

Пищевые цепи и трофические уровни. Прослеживая пищевые взаимоотношения между членами биоценоза («кто кого и сколько поедает»), можно построить пищевые цепи питания различных организмов. Примером длинной пищевой цепи может служить последовательность обитателей арктического моря: «микроводоросли (фитопланктон) ® мелкие растительноядные ракообразные (зоопланктон) ® плотоядные планктонофаги (черви, ракообразные, моллюски, иглокожие) ® рыбы (возможны 2-3 звена последовательности хищных рыб) ® тюлени ® белый медведь». Цепи наземных экосистем обычно короче. Пищевая цепь, как правило, искусственно выделяется из реально существующей пищевой сети - сплетения многих цепей питания.

Благодаря определенной последовательности пищевых отношений различаются отдельные трофические уровни переноса веществ и энергии в экосистеме, связанные с питанием определенной группы организмов. Совокупности трофических уровней различных экосистем моделируются с помощью трофических пирамид чисел (численностей), биомасс и энергий (рис. 3.3). Обычные пирамиды чисел, т.е. отображение числа особей на каждом из трофических уровней данной экосистемы, для пастбищных (по Ю. Одуму. 1975) А - пирамида чисел, Б - пирамида биомасс, В - пирамида энергий. Данные приведены в расчете на 4 га за год; шкалы логарифмические цепей имеют широкое основание (большое число продуцентов, Р) и резкое сужение к конечным консументам (рис. 3.3, А). При этом числа «ступеней» различаются не менее, чем на 1 -3 порядка. Но это справедливо только для травяных сообществ - луговых или степных биоценозов. Картина резко искажается, если рассматривать лесное сообщество. На одном дереве могут кормиться тысячи фитофагов или на одном трофическом уровне оказываются такие разные фитофаги, как тля или слон.

 

Рис. 3.3. Пример простой трофической пирамиды

 

Это искажение можно преодолеть с помощью пирамиды биомасс. В наземных экосистемах биомасса растений всегда существенно больше биомассы животных, а биомасса фитофагов всегда больше биомассы зоофагов (рис. 3.3, Б). Иначе выглядят пирамиды биомасс для водных, особенно морских экосистем: биомасса животных обычно намного больше биомассы растений. Эта «неправильность» обусловлена тем, что пирамидами биомасс не учитывается продолжительность существования поколений особей на разных трофических уровнях и скорость образования и выеданйя биомассы. Главным продуцентом морских экосистем является фитопланктон, имеющий большой репродуктивный потенциал и быструю смену поколений. В океане за год может смениться до 50 поколений фитопланктона. За то время, пока хищные рыбы (а тем более моржи и киты) накопят свою биомассу, сменится множество поколений фитопланктона, суммарная биомасса которых намного больше. Вот почему универсальным способом выражения трофической структуры экосистем являются пирамиды скоростей образования живого вещества, т.е. продуктивности. Их обычно называют пирамидами энергий, имея в вицу энергетическое выражение продукции, хотя правильнее было бы говорить о мощности.

Стабильность и развитие экосистем. В природных экосистемах происходят постоянные изменения состояния популяций организмов. Они вызываются разными причинами. Кратковременные - погодными условиями и биотическими воздействиями; сезонные (особенно в умеренных и высоких широтах) - большим годовым ходом температуры; от года к году - различными случайными сочетаниями абиотических и биотических факторов. Однако все эти колебания, как правило, более или менее регулярны и не выходят за границы устойчивости экосистемы - ее обычного размера, видового состава, биомассы, продуктивности, соответствующих географическим и климатическим условиям местности. Такое состояние экосистемы называется климаксным.

Климаксные сообщества характеризуются устойчивым динамическим равновесием между биотическими потенциалами входящих в сообщество популяций и сопротивлением среды. Постоянство важнейших экологических параметров обозначают как гомеостаз экосистемы. Устойчивость экосистемы тем. больше, чем больше она по размеру и чем богаче и разнообразнее ее видовой и популяционный состав.

Стремясь к поддержанию гомеостаза, экосистемы, тем не менее, способны к изменениям, к развитию, к переходу от более простых к более сложным формам. Масштабные изменения географической обстановки или типа ландшафта под влиянием природных катастроф или деятельности человека приводят к определенным последовательным изменениям состояния биогеоценозов местности - сукцессиям (от англ. succession - последовательность).

Различают первичную сукцессию - постепенное заселение организмами появившейся девственной суши, оголенной материнской породы (отступившее море или ледник, голые скалы и застывшая лава после вулканического извержения и т.п.). В этих случаях решающую роль играет процесс почвообразования. Начальное выветривание - разрушение и разрыхление поверхности минеральной основы под действием перепадов температуры и увлажнения - уже может быть использовано бактериями, лишайниками, а затем и редкой одноярусной пионерной растительностью. Ее появление, а с нею - симбиотрофов и мелких животных значительно ускоряет образование почвы и постепенное заселение территории сериями все более сложных растительных сообществ, все более крупными растениями и животными. Так система постепенно проходит все стадии развития до климаксного состояния.

Вторичные сукцессии имеют характер постепенного восстановления свойственного данной местности сообщества после нанесенных повреждений (последствий бури, пожара, вырубки, наводнения, выпаса скота, запуска полей). Возникшая в результате вторичной сукцессии климаксная система может существенно отличаться от первоначальной, если изменились некоторые характеристики ландшафта или климатические условия. Сукцессии происходят путем замещения одних видов другими и поэтому их нельзя приравнивать к реакциям гомеостаза.

Биомы. Наземные экосистемы, относящиеся к одной природно-климатической зоне имеют общую структуру доминирующей растительности и поэтому могут рассматриваться как единый большой биогеоценоз - биом. Биомы являются основными объектами экологической географии. Они различаются по климату, по многим особенностям флоры и фауны, по биологическому разнообразию, но в пределах каждого биома можно встретить множество сходных по приспособлению форм животных и растений, хотя происхождение их различно. В табл. 3.1 приведены ориентировочные данные о площади, биомассе и годовой продуктивности крупнейших биомов, охватывающих всю Землю. По ним можно судить не только о больших экологических различиях природных зон, но и о степени давления человека на природу планеты. Еще совсем недавно при составлении подобных таблиц и карт экологи пренебрегали участками суши, преобразованными человеком. Обращает на себя внимание, что 94% всей биомассы Земли сосредоточено в лесах, более половины - во влажных тропических лесах. Обрабатываемые земли, составившие 10% площади суши, дают такую же долю первичной продукции, уступая по продуктивности степям, которые вытеснены пашней.

 

Таблица 3.1

Площади, биомасса и продуктивность основных биомов Земли

Основные биомы, категория земель Площадь, млн км Биомасса (сухое вещество) Готовая продукция
т/га млрд т. т/га млрд т.
Тундры и лесотундры 4,2 2,1
Таежные и горные хвойные леса 12,8 11,5
Лиственно-хвойные бореальные леса 6,2 8,6
Широколиственные листопадные леса 7,6 11,4
Субтропические леса 5,3 11,3
Влажные тропические леса 10,3 37,1
Саванна, чапаррель 6,2 9.2
Степи, прерии 2,8 3,6
Пустыни 22,7 4,2
Пашня, обрабатываемые земли 15,1 21,1 .
Освоенные и окультуренные пастбища 26,3 18,3
Воды суши 2,4 0,5
Сооружения, дороги, горные выработки 9,8        
Полярные и горные льды 17,2        
Итого для всей суши 148,9    
Океан 361,1    
Всего 510,0    

 

В тех сообществах, где преобладают однолетние растения, травы (тундра, степи, обрабатываемые земли), годовая продукция мало отличается от среднегодовой биомассы. В лесах же продукция составляет лишь от 3,5 до 6,7% от биомассы. В океане продукция заметно превышает среднегодовую биомассу.

Биосфера

В таблице 3.2 сопоставлены некоторые количественные характеристики биосферы и других геосфер Земли. Масса живого вещества биосферы сравнительно… Биота биосферы обусловливает преобладающую часть химических превращений на…

Таблица 3.2

Сравнение биосферы с другими геосферами Земли

Геосферы Масса, т Разнообразие состава, V* Время оборота состава, лет
Литосфера (кора выветривания) 2,5 *1018 1,85 5*107
Гидросфера 1,4 *1018 0.12 2*104
Атмосфера 5,2 *1015 0,38 3*104
Биота биосферы** 2,1 *1012 4,50

*Индекс разнообразия по Шеннону

** Живое вещество в расчете на сухой вес

 

Биомасса, продуктивность и основные функции биосферы.

Газовая функция. Живые существа постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания. Растения… Концентрационная функция. Пропуская через свое тело большие объемы воздуха и…

Таблица 3.3

Количественная характеристика биомассы и продуктивности современной биосферы

Показатель биомассы и продукции млрд т
Биомасса живого вещества биосферы
Сухое вещество биомассы биосферы
Органическое вещество биомассы биосферы
Годовая продукция живого вещества (брутто)
Сухое вещество продукции
Органическое вещество продукции
Годовое потребление и выделение СО2
Годовой обмен метаболической воды
Годовое потребление и выделение кислорода
Годовой приток нетто-энергии фотосинтеза (Дж • 1018)

 

Окислительно-восстановительная функция живого вещества тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях, например, молекулярный азот - один из важнейших биогенных элементов. Но живые клетки располагают настолько эффективными катализаторами - ферментами, что способны осуществлять многие окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

Информационная функция живого вещества биосферы. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная («живая») информация, отличающаяся от той «мертвой» информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим

фактором. Суммарный запас генетической информации биоты биосферы оценивается в 1015 бит. А общая мощность потока молекулярной информации, связанной с обменом веществ и энергии во всех клетках глобальной биоты, достигает 1036 бит/с (Горшков и др., 1996).

Перечисленные функции живого вещества биосферы обращены в основном к внешним факторам существования. Все вместе они составляют мощную средообразующую функцию. Работа растений обусловила современный состав атмосферы. От состава атмосферы зависит радиационный и тепловой режим на планете, спектральный состав достигающего поверхности Земли солнечного света. Растительный покров существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер, от них во многом зависит солевой состав природных вод и распределение химических веществ между сушей и океаном. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам создается почва и поддерживается ее плодородие. Наконец, биота - главное богатство планеты и окружающей человека среды - одарила человека пищей, одеждой, множеством других вещей. Следует четко представлять, что окружающая нас среда - это не фиксированная физическая данность, а живое дыхание природы, каждое мгновение воссоздаваемое работой множества живых существ.

Средообразующая функция биосферы связана со средорегулирующей функцией - биотической регуляцией окружающей среды. Ниже, при рассмотрении параметров биотического круговорота будет показано, что биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и долгое время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды, несмотря на исключительную сложность и динамичность регулируемой системы. Таким образом, биота биосферы формирует и контролирует состояние окружающей среды.

Биотическая регуляция окружающей среды

Участие разных групп организмов в деструкции органики имеет похожую градацию: около 90% энергии ЧПП освобождают микроорганизмы и грибы, менее 10% -… Поток солнечной энергии образует глобальные физические круговороты воздуха и…  

Рис. 3.4. Резервуары и круговорот воды на планете

Объемы резервуаров (подчеркнуты) - в тыс. км3; потоки влаги (испарение, перенос в атмосфере, осадки, речной сток) - в тыс. км3/год (не подчеркнуты); пределы возможных изменений уровня океана (+ 60 м, - 140 м), зависящие от таяния или роста ледников

 

Глобальный круговорот воды отражен на рис. 3.4. Это самый значительный по переносимым массам и по затратам энергии круговорот на Земле. За год в него вовлекается всего 0,04% массы гидросферы, но это соответствует кругообращению 16,5 млн м3 воды за секунду и более 40 млрд МВт солнечной энергии. Речной сток составляет только 7% глобального гидрологического цикла. Круговорот воды, особенно поверхностный и подземный сток на суше определяет гидрогенную миграцию веществ, которая помимо переноса состоит из множества процессов растворения, ионного обмена, окислительно-восстановительных реакций, кристаллизации, осаждения и т.д. Таким образом, кроме физических круговоротов воды и воздуха, вызываемых потоком солнечной энергии, в них вовлечены еще и круговороты многих химических элементов и их соединений. В значительной части этих процессов участвуют живые организмы.

Биотический круговорот. Круговорот биогенных элементов, обусловленный синтезом и распадом органических веществ в экосистеме, называют биотическим круговоротом веществ. Кроме биогенных элементов в биотический круговорот вовлечены важнейшие для биоты минеральные элементы и множество различных соединений. Поэтому весь циклический процесс химических превращений, обусловленных биотой, особенно когда речь идет о всей биосфере, называют еще биогеохимическим круговоротом.

Для равновесия в биосфере огромное значение имеет глобальная степень замкнутости биотического круговорота. Круговорот полностью замкнут, когда существует точное равенство сумм прямых и обратных расходов: . Если же в каком-то из процессов наблюдается прирост или утечка («дефект замкнутости») Dq, то замкнутость круговорота d выражается отношением

 

(3.4)

Тогда величина разомкнутости круговорота

 

(3.5)

 

Эти величины можно выразить и иначе, сопоставляя продолжительность поддержания равенства расходов Т со временем исчерпания массы вещества DТ при полной остановке процесса восстановления.

Круговорот углерода. Главным участником биотического круговорота является углерод как основа органических веществ. Схема глобального круговорота углерода показана на рис. 3.5. Масса углерода в биосфере в настоящее время составляет около 4000 Гт. Из них 1000 Гт приходится на биомассу. Ежегодная нетто-биопродукция биосферы по углероду составляет - 90-100 Гт. Такое же количество углерода освобождается в процессах дыхания и деструкции. Следовательно, период обновления биомассы биосферы по углероду составляет 10 лет. Несмотря на то, что фотосинтез и деструкция органики проходят множество промежуточных этапов и обусловлены деятельностью колоссального числа различных организмов и экосистем,их равенство в биосфере в целом поддерживается с исключительно высокой точностью.

Запас углерода СО2 в атмосфере равен 700 Гт. Поток синтеза и разложения органического углерода 90-100 Гт/год. Если представить, что биотический возврат углерода в атмосферу прекратился («глобальная остановка дыхания»), а фотосинтез продолжается в прежнем объеме, то атмосфера полностью очистилась бы от СО2 за 7-8 лет. Но, по различным данным, газовый состав атмосферы (в том числе содержание СО2) в пределах колебаний современных величин оставался постоянным на протяжении по меньшей мере 104 лет. Отсюда минимальная замкнутость биотического круговорота углерода для атмосферы

 

 

Рис. 3.5. Глобальный круговорот углерода

Резервуары - в Гт, потоки- в Гт/год

 

Детальный количественный анализ круговорота углерода в экосфере провел В.Г.Горшков (1990). Он отмечает, что согласно геологическим данным концентрации биогенных элементов могут изменяться на 100% за время порядка 100 тыс. лет. За десятки и сотни миллионов лет при отсутствии регуляции эти концентрации вышли бы за пределы, совместимые с жизнью. В действительности, по палеохимическим и палеоботаническим данным, концентрация углерода в атмосфере за время 105 лет сохраняет порядок величины. Следовательно, потоки синтеза и распада органических веществ в биосфере совпадают с точностью 10-4, замкнуты с точностью 10'3 и, значит, скоррелированы с точностью 10-7. В.Г.Горшков пишет: «Скоррелированность синтеза и распада с такой точностью доказывает наличие биологической регуляции окружающей среды, ибо случайная связь величин с такой точностью в течение миллионов лет невероятна». На схеме (рис. 3.5) показано также вмешательство антропогенных воздействий в биосферный круговорот углерода.

Круговорот азота (рис.3.6). Азот входит в структуру всех белков и вместе с тем является наиболее лимитирующим из биогенных элементов. Колоссальный резерв свободного молекулярного азота в атмосфере лишь в ничтожной мере затрагивается биотическим круговоротом. Общее отношение связанного азота к N2 в природе равно 1:100000. Энергия химической связи в молекуле N2 очень велика. Поэтому соединение азота с другими элементами - кислородом или водородом (процесс азотофиксации) - требует больших затрат энергии. Промышленная фиксация азота идет в присутствии катализаторов при температуре – 500о и давлении - 300 атм.

 

Рис. 3.6. Круговорот азота

 

В биосфере фиксация азота осуществляется несколькими группами анаэробных бактерий и цианобактерий при нормальных температуре и давлении благодаря высокой эффективности биокатализа. Считается, что бактерии переводят в связанную форму приблизительно 1 млрд т азота в год (мировой объем промышленной фиксации - около 90 млн т). В клубеньковых бактериях бобовых растений фиксация азота осуществляется с помощью сложного ферментного комплекса, защищенного от избытка кислорода специальным растительным гемоглобином. Непосредственный продукт биофиксации - аминогруппа NH2 - включается в круговорот, в котором участвуют уже все организмы, но главную роль играют еще три группы почвенных и водных бактерий: нитрифицирующие, нитратообразующие и денитрифицирующие бактерии (рис. 3.6). Продукты жизнедеятельности первых двух видов бактерий - нитриты и нитраты, а также соли аммония - составляют основу азотного питания растений, которые образуют аминокислоты, пептиды и белки. Проходя через обмен веществ на всех трофических уровнях, эти соединения разлагаются с освобождением NH4+ и цикл повторяется. Денитрифицирующие бактерии переводят избыток нитратов в молекулярный азот.

Круговорот азота в биосфере сопряжен с круговоротом углерода, так как соотношение между этими элементами в составе глобальной биомассы постоянно: С : N = 55 : 1. Соответственно и круговорот азота составляет около 1,5 Гт/год. Он замкнут настолько, насколько постоянны общая биомасса и состав экосферы, так как доступные для биоты резервуары связанного азота в почве и в воде достаточно велики по сравнению с круговоротом: приблизительно 40.: 1.

Круговорот кислорода (рис. 3.7). В отличие от углерода и азота резервуары доступного для биоты кислорода по сравнению с его потоками огромны. Поэтому отпадает проблема глобального дефицита О2 и замкнутости его круговорота. Биотический круговорот кислорода составляет 250 Гт/год, а общее его количество в пределах биосферы - порядка 1014 т. Кислород на Земле - первый по распространенности элемент: его содержание (в весовых процентах) в атмосфере - 23,1; в биосфере (в составе сухой органики) - 44,8; в литосфере - 47,2; в гидросфере (в составе Н2О) - 86,9. Однако для водных организмов необходим кислород, растворенный в воде. Его среднее содержание в фотическом слое гидросферы составляет 4,5 мг/л и претерпевает значительные колебания.

 

Рис. 3.7. Круговорот кислорода (по П. Агесс)

 

Содержание кислорода в атмосфере в 64 раза больше - 288 мг/л - и на протяжении длительной геологической эпохи благодаря биотической регуляции (продукции О2 растениями) постоянно. Отклонения от этого уровня могли бы сильно сказаться на состоянии биоты биосферы: при снижении концентрации - заметно уменьшить фауну океана, при повышении - привести к опасному увеличению окислительных свойств среды. Наземные животные также довольно чувствительны к отклонениям от этого уровня. Некоторый дефицит кислорода для животных и человека возникает только в высокогорье, в зонах интенсивного потребления и в искусственных устройствах.

С круговоротом кислорода тесно связано образование озона. В высоких слоях атмосферы под влиянием жесткого ультрафиолетового излучения происходит ионизация и диссоциация части молекул кислорода, образуется атомарный кислород, который немедленно присоединяется к возбужденным молекулам кислорода, образуя озон - трехатомный кислород:

 

h ¾® О2 ¬® 2О; О + О2 ¬® О3;

 

Здесь h - квант света с длиной волны не более 225 нм. На образование озона тратится около 5% поступающей к Земле солнечной энергии - около 8,6*1015 Вт. Реакции легко обратимы. При распаде озона эта энергия выделяется, за счет чего в верхних слоях атмосферы поддерживается высокая температура. Средняя концентрация озона в атмосфере составляет около 10 6 объемных процентов; максимальная концентрация О2 - до 4*10'6 об.% достигается на высотах 20-25 км.

Поглощая при своем образовании значительную часть жестких ультрафиолетовых лучей, озон играет роль защитного экрана для всей биосферы, так как многие молекулярные структуры живых организмов разрушаются под действием жесткого ультрафиолета.

 

Рис. 3.8. Круговорот фосфора

Круговорот фосфора (рис. 3.8). Фосфор, как и азот, относится к лимитирующим биогенам. Но в отличие от циклов углерода, кислорода и азота цикл фосфора в биосфере существенно разомкнут, так как значительная часть континентального стока фосфатов остается в океанических осадках. Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством, поскольку человек нарушил многие естественные пути возврата фосфора в почву, а их замена применением фосфорных удобрений качественно недостаточна. Примерно такие же отношения наблюдаются в глобальном круговороте серы и других минеральных элементов, природные резервы которых велики, но относительно мало доступны для биоты.

Неполная замкнутость круговоротов второстепенных биогенов не означает, что биотический круговорот в целом имеет заметный дефект замкнутости. В действительности его замкнутость всецело определяется круговоротом углерода. Высокоточная биологическая регуляция обмена веществ и энергии в биосфере определяет и регуляцию основных параметров окружающей среды. С экологической точки зрения, это - важнейшие свойства биосферы как динамической системы.

Эволюция биосферы

Эволюция биосферы состоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготавливала возникновение жизни, и собственно биологической… Добиогическая эволюция: 1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад). Первичная атмосфера имела высокую температуру, была…

ГЛАВА IV. Экологическая среда

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Классифицировать факторы среды по главным признакам и назвать основные группы факторов. 2. Охарактеризовать диаграммы выживания для основных категорий жизненных форм организмов. 3. Описать основные формы реагирования живых систем на изменение факторов среды (гомеостатические реакции и адаптации). 4. Сформулировать понятие экологической ниши. 5. Дать описание основных типов межвидовых биотических взаимодействий. 6. Рассказать о факторах среды, которые являются ресурсами экосистем и биосферы. 7. Объяснить, почему для биоты биосферы важно сохранять заданные параметры факторов экологической среды.

Факторы среды

Классификация факторов среды. Экологические факторы классифицируют по нескольким критериям. Внешние факторы воздействуют на организм, популяцию,… Часто важно оценить значимость факторов, выделить главные и второстепенные. Те… Абиотические факторы - факторы неорганической (неживой) природы. Это свет, температура, влажность, давление и другие…

Закономерности абиотических воздействий

Область количественных значений какого-либо фактора среды, в пределах которой могут существовать представители данного вида или популяции… Биоинтервал фактора ограничен крайними, экстремальными для организма или… О положении и границах биоинтервала судят по разным проявлениям жизнедеятельности, которые выступают в качестве…

Рис. 4.2. Диаграммы выживания для различных жизненных форм организмов

А - гипо- (1) и гиперфакториальные (2) организмы;

Б - стено-(1) и эврибионты (2);

В - толерантные (1) и резистентные (2) организмы

 

Во втором варианте (рис. 4.2, Б) сравниваются организмы, различающиеся не столько положением биологических оптимумов, сколько шириной биоинтервала: 1 - организмы, обитающие в узком диапазоне значений фактора, - стенобионты (от stenos - узкий); и 2 - организмы, приспособленные к широкому варьированию значений фактора, - эврибионты (от euris - широкий). По отношению к отдельным факторам используют аналогичные термины, начинающиеся с тех же приставок. Так, антарктическая «ледяная» рыба, живущая при температуре не выше 4°, - типичный стенотерм, тогда как карп, населяющий пресные водоемы с температурой от 0 до 35°, - эвритерм. Растение или насекомое может быть стеногидридным или эвригидридным в зависимости от его реакции на колебания влажности. По способности переносить изменения солености морские иглокожие стеногалинны, а проходные рыбы - эвригалинны. Гусеница тутового шелкопряда, питающаяся листьями одного вида растений, - стенофаг, а всеядные животные - бурый медведь, серая крыса, человек - эврифаги и т.д. Конечно, существует множество промежуточных форм между стено- и эврибионтами.

В третьем случае (рис. 4.2, В) следует обратить внимание уже не на ширину биоинтервала, а на форму диаграмм выживания - характер изменений функций отклика при отклонениях от оптимума. Они требуют более детального анализа.

Выносливость, устойчивость, гомеостаз. У одних организмов (рис. 4.2, В-1) при отклонении значений фактора от точки оптимума сразу же изменяется и функция отклика. Они как бы покорно подчиняются ухудшению внешних условий. Так, с понижением температуры среды понижается температура деревьев и обмен веществ в них замедляется. Но при этом все время сохраняется способность восстановить экологическую потенцию при возвращении благоприятных условий. Такие организмы называют обычно выносливыми, или толерантными. К ним относятся растения и низшие животные, пассивно переносящие охлаждение, замерзание, высыхание, голод, дефицит кислорода и т.п. Крайние проявления такой способности, наблюдаемые вблизи границ или даже за пределами биоинтервала, связаны со специальными приспособлениями: с гипобиозом - глубоким замедлением жизнедеятельности, состоянием спячки у животных и анабиозом - полным, но обратимым замиранием всех жизненных процессов, как это имеет место у спор, семян и многих низших животных. Переход в эти состояния чрезвычайно расширяет возможность выживания организмов в самых неблагоприятных условиях.

Но во многих случаях нет полного подчинения функций организма изменениям среды (рис. 4.2, В-2); включаются различные механизмы защиты от неблагоприятных воздействий, сопротивления им или их активного избегания. Реакции защиты и сопротивления обеспечивают большую или меньшую устойчивость, или резистентность (от лат. resistere - сопротивляться) организма по отношению к отклонениям от оптимума в какой-то части биоинтервала. Примерами высокой физиологической устойчивости служит постоянство температуры внутренних частей тела у птиц и млекопитающих при значительных изменениях температуры среды или постоянство солевого состава и осмотического давления крови у животных в среде с совершенно другими свойствами либо при больших колебаниях водно-солевого снабжения организма. Эти примеры иллюстрируют действие принципа гомеостаза на уровне организма. Гомеостаз поддерживается различными механизмами физиологической регуляции и поведения.

Выносливость и устойчивость (толерантность и резистентность) во многих случаях не альтернативны. В том или ином соотношении они встречаются у всех организмов, часто дополняя друг друга. Одно и то же

растение или животное может быть выносливо по отношению к одному фактору и устойчиво по отношению к другому. Но бывает и так, что исчерпавший ресурс устойчивости организм оказывается мало выносливым. Попавшая в ледяную воду теплокровная мышь быстро погибает, тогда как холоднокровный уж легко переносит такое охлаждение, лишь снижая свою подвижность.

При отклонениях факторов среды от оптимальных значений у многих организмов наблюдается опережающее реагирование - избегание неблагоприятных воздействий и активный поиск других более благоприятных условий и местообитаний - гомеостатическое поведение. Организм реагирует не только на величину отклонения, но и на темп нарастания угрозы. Эти реакции очень разнообразны: движения органов растений; целенаправленные перемещения в среде свободных клеток и животных; миграции, перелеты птиц, реакции группирования, создание и использование убежищ; наконец, у человека - технологическое кондиционирование среды. Подобные реакции обусловлены не только абиотическими факторами, на них существенно влияют взаимодействия с другими организмами.

Если поведение оказывается недостаточным для сохранения благоприятной экологической обстановки и гомеостаза, сопротивление негативным воздействиям среды достигается с помощью физиологической регуляции. Так, при повышении температуры и снижении влажности воздуха у растений происходит смыкание устьиц; тем самым уменьшается потеря влаги листьями. Понижение концентрации кислорода в среде вызывает у животных усиление жаберной или легочной вентиляции и ускорение кровообращения. При низкой температуре у птиц и млекопитающих усиливается обмен веществ в мышцах и во внутренних органах, чем достигается увеличение теплообразования и поддержание постоянной температуры тела.

Физиологические адаптации. Физиологическое регулирование может оказаться недостаточным для противостояния неблагоприятным условиям среды. Кроме того, длительное напряжение физиологических функций (стресс) приводит к истощению ресурсов организма и может иметь отрицательные последствия. Поэтому во многих случаях при стойком отклонении условий среды от биологического оптимума происходят такие изменения физиологической регуляции, которые повышают ее эффективность и вместе с этим уменьшают общее функциональное напряжение организма. Подобные изменения носят название акклимации. или физиологической адаптации. Акклимации растений, животных и человека имеют большое экологическое значение.

В качестве примера акклимации можно привести изменения в организме животных при недостатке кислорода. Низкое парциальное давление кислорода (например, в условиях высокогорья) вызывает состояние гипоксии - кислородного голодания клеток. Срочная физиологическая реакция на гипоксию - усиление вентиляции легких и интенсификация кровообращения - не может сохраняться длительное время, так как сама требует затрат энергии и дополнительного кислородного обеспечения. В разных системах организма наступают перестройки, направленные на ослабление гипоксического стресса и достаточное снабжение тканей кислородом при пониженном его содержании в среде.

В первую очередь стимулируется кроветворение, в крови увеличивается количество эритроцитов. Одновременно в них возрастает относительное содержание особой формы гемоглобина, обладающего повышенным сродством к кислороду. В результате кислородная емкость и кислородотранспортная функция крови увеличиваются. Затем наступают морфологические изменения в кровеносной системе: расширяются артерии сердца и мозга, в тканях сгущается капиллярная сеть - облегчается доставка кислорода к клеткам. В самих клетках за счет увеличения активности окислительных ферментов также повышается сродство к кислороду, одновременно возрастает относительный уровень временного бескислородного обеспечения энергией - анаэробного гликолиза. Все эти процессы акклимации к гипоксии, происходящие на протяжении нескольких часов или дней, снимают функциональное напряжение с дыхательной и кровеносной систем.

В природных условиях значение физиологической адаптации связано с естественными изменениями условий существования, в основном - с сезонными перепадами температуры, влажности, кормности местообитаний и т.п. Хорошо известно осеннее увеличение теплоизоляции организма у многих млекопитающих и птиц за счет линьки, «утепления» покровов (пуха, пера, меха) и накопления подкожного жира. Изменяется режим и качество питания. В тканях происходят различные биохимические изменения, направленные на экономное расходование энергии. Сезонные миграции птиц и рыб подготавливаются комплексом физиологических и морфологических сдвигов, изменениями поведения.

Все эти изменения обеспечены специфическими видовыми программами физиологической адаптации. Однако новые физиологические качества, приобретаемые во время акклимации, не обладают высокой устойчивостью; при смене сезона, при возвращении в оптимальные условия происходит их утрата. Тем более, эти качества не передаются по наследству. Этим акклимация отличается от видовой генетической адаптации, которая происходит на протяжении ряда поколений, связана с процессом видообразования и возникновением новых жизненных форм организмов.

Действие комплекса факторов. В естественных условиях всегда действует сложный комплекс факторов. Для реализации экологической потенции организма, популяции необходимо оптимальное сочетание ряда условий существования. Однако никогда не бывает, чтобы все важные факторы были одновременно представлены своими оптимальными значениями. Поэтому экологический оптимум сочетания факторов отличается от оптимума какого-нибудь одного, пусть даже самого главного фактора. Хотя на уровне природных экосистем число экологических факторов и их действующих сочетаний потенциально неограниченно, все же удается выделить конечное число факторов, от которых зависит преобладающая часть ответных реакций организмов. Например, первые три фактора - ресурсы пищи, воды и тепла - могут объяснить 80% параметров состояния популяции; первые пять факторов (те же + наличие убежищ + плотность врагов или конкурентов) - 95% параметров состояния и т.д.

Большое экологическое значение имеет взаимодействие факторов. За счет него может быть расширен диапазон выживания. Так, снижение температуры повышает выносливость рыб по отношению к недостатку пищи и кислорода; недостаточная освещенность для растений может быть частично компенсирована повышенной концентрацией углекислого газа; действие повышенной кислотности почвы отчасти нейтрализуется благоприятными окислительно-восстановительными условиями; у многих растений и животных реакция на свет зависит от температуры и т.д. Диаграмма выживания для одного фактора всегда изменяется под влиянием другого фактора.

В совокупности условий существования почти всегда можно выделить фактор, который сильнее других влияет на состояние организма или популяции. Дефицит какого-нибудь одного важного ресурса (воды, света, тепла или элемента пищи) ограничивает жизнедеятельность даже тогда, когда все остальные условия оптимальны. Такие факторы называют ограничивающими, или лимитирующими. Их действие обозначают как закон лимитирующих факторов: факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальные (т.е. наихудшие) значения, ограничивают возможность существования популяции, вида в данных условиях, вопреки и несмотря на оптимальное сочетание других факторов.

Лимитирующим образом могут действовать не только минимальные, но и максимальные значения фактора: высокая щелочность и чрезмерное содержание кальция или натрия в почве, высокая температура, избыточная освещенность и т.п. Это наблюдение легло в основу закона толерантности: лимитирующим может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Экологические ниши. Для каждого вида организмов существует специфическое сочетание экологических факторов, которое определяет особое пространственное и функциональное положение представителей этого вида в составе биоценоза, «рабочее место» в экосистеме. Оно носит название видовой экологической ниши. Понятие экологической ниши отражает весь комплекс связей организмов данного вида не только с абиотическими компонентами среды, но и между собой и с Другими видами в сообществе.

 

Рис. 4.3. Экологическая ниша для скорости фотосинтеза у вереска, определяемая биоинтервалами температуры и интенсивности солнечной радиации

 

Если изменения какой-либо функции отклика в пределах биоинтервала фактора дают одномерное представление о характерном для вида диапазоне выживания, то сочетание двух и более различных влияний уже образует некоторое пространство экологических факторов (рис. 4.3). Оно может быть двухмерным, трехмерным и многомерным. Добавление к сочетанию каждого нового фактора все больше ограничивает экологическое пространство, делает его все более специфичным для данного вида. Многомерное экологическое пространство, образованное совмещением диаграмм выживания для существенных факторов среды, и есть модель экологической ниши. По существу, экологическая ниша - это комплексная характеристика различных сторон и условий жизни популяции или вида в реальной среде, содержащая обстоятельства не только места, но и времени, и поведения. Иногда понятие экологической ниши образно обозначают как «профессиональную» принадлежность вида в экономике природы.

Закономерности биотических воздействий

Нейтрализм (0,0) может быть представлен многими примерами, но лишь на первый взгляд выгладит как полное отсутствие зависимости. Иногда только одно… Примерами одностороннего угнетения - аменсализма (-, 0) - может служить… Одностороннее благоприятствование, комменсализм (+, 0), широко распространено в природе. Это может быть…

Таблица 4.1

Классификация межвидовых отношений в зависимости от влияния численности каждого из видов пары на изменения численности другого

Влияние первого вида на второй Влияние второго вида на первый Тип взаимодействия Пример
Нейтрализм Волк и капуста; синицы и мыши
Аменсализм Ель и светолюбивая трава; грибы-продуценты антибиотиков и бактерии
+ Комменсализм Лев и грифы-падалыцики; акула и рыбы-прилипалы; дуплистые деревья и птицы
Конкуренция Овцы и кролики; песец и полярная сова; обитатели птичьих базаров
+ Ресурс-эксплуататор Капуста и коза, антилопы и львы, животное-хозяин и глист-паразит
+ + Мутуализм Лишайник (гриб + водоросль); микоризы деревьев; корова и микрофлора рубца

 

Примечание: Влияние отсутствует (0); влияние численности одного вида на другой: однонаправленное (+); противоположно направленное (-).

 

Конкуренция (-,-) является одним из двух главных механизмов регулирования числа организмов в природе. Двустороннее взаимное угнетающее действие имеет место всегда, когда совпадают экологические ниши и офаниченна емкость среды. Совпадение ниш может быть абсолютным, когда речь идет об организмах одного вида, даже одной популяции, о внутривидовой конкуренции. Выше было показано, что при росте популяции, когда ее численность приближается к пределу емкости среды, вступает в действие механизм регуляции численности: смертность возрастает, а плодовитость снижается. Пространство и пища становятся предметом конкуренции. Их дефицит выступает в качестве причины снижения жизнеспособности и плодовитости значительной части или всей популяции. В загущенных посевах растений происходит «самоизреживание». В перенаселенных популяциях животных, особенно у грызунов, если не может быть реализован оптимизационный поиск, к общему угнетению добавляется увеличение смертности из-за стресса, повышение агрессивности, возникновение «иерархии угнетения», каннибализм - крайние проявления борьбы за существование. Внутривидовая конкуренция хорошо выражена во многих популяциях растений и животных.

У разных видов экологические ниши всегда различаются по пространству, времени и ресурсам. Любое их совмещение по этим качествам всегда ведет к межвидовой конкуренции. Бывает, что ниша одного вида перекрывает нишу другого вида, т.е. биоинтервалы условий жизни первого охватывают биоинтервалы второго. В этом случае второй вид совсем вытесняется первым; конкуренция между ними идет по пути конкурентного исключения, или конкурентного замещения. Так часто бывало при интродукции новых видов. Конкурентное исключение часто сопровождается пространственным разобщением конкурирующих видов, территориальным вытеснением. У высших позвоночных оно часто обусловлено прямой территориальной агрессией. Во многих случаях благодаря многообразию связей и ресурсов происходит лишь частичное, краевое совмещение экологических ниш. В этом случае также наблюдается взаимное угнетение конкурирующих видов, но в конечном счете между ними устанавливается конкурентное равновесие, режим напряженного сосуществования.

«Ресурс - эксплуататор» (+, -). В этом взаимодействии соединяются и противостоят благоприятствование и угнетение. Наиболее важными примерами такого рода являются отношения:

1) растения и растительноядного животного;

2) жертвы и хищника (в узком смысле этих понятий);

3) организма-хозяина» и паразита.

Именно этими отношениями обусловлены последовательности цепей питания и трофических уровней, определяющие соотношение численностей и биомасс организмов.

Обычно численности популяций эксплуататора и жертвы поддерживаются около каких-то относительно постоянных, как бы «договорных» уровней. Ускользание жертвы или нападение хищника не могут быть всегда только успешными или только безуспешными. Стадо травоядных по отношению к площади используемых пастбищ не должно быть настолько большим, чтобы полностью уничтожить растительный покров. Паразит не может позволить себе быстро погубить хозяина, по крайней мере до тех пор, пока не гарантирует себе продолжение рода.

Равновесие в таких системах может и нарушаться. Если два вида стали контактировать только недавно или резко изменилась среда, система оказывается неустойчивой и может привести к исчезновению какого-нибудь вида «ресурса». Как раз к таким результатам приводят многие антропогенные воздействия, при которых преобразуются новые территории и перемещаются растения и животные.

Мутуализм (+,+) - взаимное положительное воздействие также широко распространено в природе. Кроме лишайника - симбиоза гриба и водоросли - примерами мутуализма могут быть взаимовыгодные отношения между цветковыми растениями и опыляющими их насекомыми и птицами; между тлями и «пасущими» их муравьями; между бобовыми растениями и поселяющимися на их корнях клубеньковыми азотофиксирующими бактериями; между жвачными животными и населяющими их рубец микроорганизмами и т.п. Интересны такие примеры мутуализма, когда в клетках животных (инфузорий, губок, кишечнополостных) поселяются одноклеточные зеленые водоросли, снабжающие гетеротрофного «хозяина» продуктами фотосинтеза. Иногда все формы (+,+)-связей называют симбиозом, т.е. сожительством. Но сожительство характерно и для других форм межвидовых отношений, таких, как комменсализм и паразитизм.

Ресурсы биосферы

Энергия. Главными источниками биологически используемой энергии для подавляющего большинства живых существ на Земле являются солнечный свет и пища,… Солнечная радиация. Плотность потока солнечного излучения достигающего… В целом около 56% суммарной радиации идет на испарение воды. При конденсации влаги эта теплота выделяется и вместе с…

Таблица 4.2

Компоненты радиационного баланса различных природно-климатических зон России (Вт/м2)

Природные зоны Q Ч R А R-A Е В
Тундра 7
Тайга
Смешанный лес
Лесостепь
Степь
Полупустыня
Пустыня

Примечание: Q - прямая радиация; q - рассеянная радиация; R - суммарная радиация; А - рассеянное отражение; Е - эффективное излучение; В - радиационный баланс: В = (R - А) - Е

 

Макроклимат в большой степени определяет распространение организмов, положение и размеры их ареалов, формирование ландшафтной структуры территорий, облик глобальных природных зон - биомов. Однако климат не следует считать самодовлеющей геофизической данностью. Подобно тому, как обитатель норы сам в значительной мере определяет ее микроклимат, так и экосистемы, и вся биота Земли оказывает заметное влияние на макроклимат, участвуя в преобразованиях энергии и круговоротах веществ в атмосфере.

Температура. Из всех климатических факторов, связанных с энергетикой биосферы, наибольшее экологическое значение имеет температура. Она оказывает существенное влияние на энергетику биоты.

Температура воздуха на Земле занимает диапазон от -88,3 (ст. «Восток», Антарктида) до +58,7°С (Гарьян, Ливия). Средняя годовая температура слоя воздуха над континентами и океаном (исключая Антарктиду) +15,7°С. Большие колебания относятся к отдельным поясам и сезонам. Средняя температура массы гицросферы +3,3°С.

Максимальный температурный диапазон активной жизни чуть меньше диапазона жидкого состояния воды; для большинства многоклеточных организмов - от 0 до 50°С. Некоторые микроорганизмы, обитающие в горячих поверхностных и глубинных источниках могут сохранять способность к размножению при температуре до 85°С.

Диапазон температур, в котором клетки и многие организмы способны длительное время находиться в неактивном состоянии, существенно больше: от 0 до 400°К. Переживание при температуре намного ниже точки замерзания жидкостей тела (криобиоз) хорошоизвестно для семян и спор, получено у многих свободных клеток, у низших беспозвоночных, у некоторых рыб и амфибий, а также на изолированных клетках высших животных и человека. Изучающая эти явления криобиология имеет большое практическое значение для восстановительной хирургии и создания генных и репродукционных банков.

Согласно фундаментальной физико-химической закономерности скорость химических реакций существенно зависит от температуры и, как правило, увеличивается в 2-3 раза при возрастании температуры на 10° (правило Вант-Гоффа). Этому правилу подчиняется подавляющее большинство процессов в живых организмах, основанных на молекулярных реакциях, в том числе и сложные цепи биохимических реакций на клеточном уровне.

Для достижения определенной стадии развития (например, у растений для начала цветения или у насекомых для вылупления из яйца, окукливания) необходима определенная сумма положительных температур, что качественно отличимо от притока энергии.

Адаптации к температуре. Растения, беспозвоночные и низшие позвоночные животные - рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать какую-то определенную температуру тела. Они больше зависят от тепла, поступающего извне, чем от тепла, образующегося в обменных процессах. При этом во всем интервале изменений температура тела мало (на уровне десятых долей или не более 1-2°) отличается от температуры среды. Эти организмы могут быть обозначены как эктотермы, т.е. подчиненные внешней температуре. Некоторые из них обладают ограниченной способностью к кратковременной термостабилизации за счет теплоты биохимических реакций, интенсивной мышечной активности. Но только настоящие эндотермы - птицы и млекопитающие - могут поддерживать постоянно высокую температуру тела при значительных изменениях температуры окружающей среды. Они располагают средствами эффективной регуляции теплоотдачи и теплопродукции организма. У некоторых из них соответствующие механизмы достигают высокой мощности и совершенства. Так, песец, полярная сова и белый гусь легко переносят сильный холод без падения температуры тела и при поддержании разности температур тела и среды в 100° и более. Благодаря толщам подкожного жира и особенностям периферического кровообращения превосходно приспособлены к длительному пребыванию в ледяной воде многие ластоногие и киты.

В то же время почти все эндотермы плохо переносят значительное снижение температуры тела (гипотермию): ее падение ниже +10...+15° в большинстве случаев смертельно. Только зимоспящие млекопитающие (некоторые насекомоядные, рукокрылые и грызуны) при определенной физиологической готовности могут преодолевать барьер нижней летальной температуры тела и на длительное время впадать в состояние гипобиоза. Это позволяет им переживать время зимних холодов и бескормицы. Состояние гипобиоза сближает зимоспящих с эктотермами, многие из которых приспособлены к переживанию неблагоприятного времени года в неактивном состоянии, вплоть до анабиоза.

По сравнению с этими примерами приспособления растений и животных к высокой температуре более ограничены. Они допускают превышение температурного оптимума или нормальной температуры тела лишь на единицы градусов и основаны не столько на функциональных, сколько на морфологических и поведенческих механизмах.

В экологии известно правило К. Бергмана, согласно которому у теплокровных животных размеры тела особей в среднем больше у северных популяций вида (или близких видов) по сравнению с южными. Как бы дополнением этого правила служит правило Д. Аллена: относительное увеличение выступающих частей тела (конечностей, хвоста, ушей) у южных популяций вида или близких видов по сравнению с северными. Обе эти закономерности связаны с приспособлением относительной поверхности теплоотдачи организма к соответствующим климатическим условиям: чем крупнее животное, тем меньше отношение поверхности к объему. Этому же правилу подчиняются зональные различия густоты шерстного покрова и его пигментации: у северных форм шерсть, как правило, гуще и темнее. Исключения, относящиеся к пигментации, обусловлены либо биологической ценностью маскирующей белой окраски на севере (белый медведь, зимний покров песца и полярной совы) или защитной ролью меланиновой пигментации бесшерстной кожи на юге (человек).

Вода. Водные ресурсы Земли отражены в табл. 4.3, схема глобального круговорота воды - на рис. 3.4. Преобладающее большинство живых существ нуждается в пресной воде. Если доступным для организмов суши ресурсом пресной воды считать только постоянно возобновляемые запасы воды в почве, биомассе, реках и озерах, то их суммарный мгновенный объем - около 180 тыс. км3 - составляет всего 0,013% общего количества воды на планете. Хозяйственные эксплуатационные ресурсы пресной воды еще меньше, хотя и включают подземные воды, не доступные для биоты. Ресурсы пресной воды распределены крайне неравномерно; размах годового количества осадков в разных местностях земной суши - от 0 до 12500 мм. Широко варьируют и условия испаряемости влаги: от 150 до 4000 мм. Более 63% площади суши занимают территории с отрицательным водным балансом, где испарение превышает выпадение осадков, а средняя относительная влажность воздуха не превышает 45%.

Водная среда и адаптации. Все организмы в той или иной степени несут в себе отпечаток водного происхождения жизни. Все активные процессы обмена веществ в организмах происходят в водной среде. Питательные вещества и газы поступают к потребляющим их клеткам в растворенном состоянии. Содержание воды в активно функционирующих клетках - от 70 до 98%. Растения и большинство беспозвоночных животных, обитающих в море, имеют солевой состав жидкостей тела, близкий к составу морской воды. Но уже у морских рыб кровь и тканевая жидкость содержит меньше солей, чем окружающая их среда. А жидкости тела пресноводных рыб и наземных животных по составу ближе к морской воде, чем к пресной.

Таблица 4.3

Распределение водных запасов Земли

Компоненты гидросферы Объем, тыс. км % %*
Вся гидросфера 1 389 000 100,0  
Океаны, моря 1 350 000 97,2  
Неокеанические воды, 39 000 2,8 (100,00)
в том числе      
материковые льды 29 000   74,36
грунтовые воды 9 700   24,87
пресные озера   0,31
соленые озера   0,26
почвы и болота   0,10
атмосфера   0,06
реки и водохранилища   0,02
биомасса   0,02

* В этом столбце объем неокеанических вод принят за 160%

 

Особенности водной среды вырабатывают у ее обитателей, гидробионтов, разнообразные приспособления к температурному режиму, солевому и газовому составу воды, к перемещениям в плотной среде, к давлению. У многих гидробионтов - кальмаров, рыб, китообразных - развиты настолько совершенные средства передвижения в водной среде (морфология и энергетика мышц, колебательная кинематика тела и плавников, водореактивные движители и др.), что их до сих пор не могут превзойти техническими средствами ни по энергетической эффективности, ни по скорости, выраженной в длинах тела. Большинство океанических форм из-за малых контрастов температуры имеют большие ареалы. Их распространение определяется не столько прямым действием температуры, сколько ее влиянием на концентрацию кислорода в воде. Поэтому в субарктическом и умеренном поясах океана богатство жизни гораздо больше, чем в открытом океане тропиков. Зато прибрежные зоны теплых океанических вод, особенно скопления кораллов, создают условия для большого разнообразия и высокой продуктивности обитателей моря. Здесь решающую роль играет уже не температура, а обилие пищи. Большинство гидробионтов стеногалинны, т.е. приспособлены к узким колебаниям минерализации воды, как в пресноводных, так и в морских экотопах. Эвригалинны только обитатели акваторий вблизи устьев рек и лагун, приледниковых зон моря, а также проходные рыбы. Особенно строгие требования к температуре, концентрации кислорода и солености предъявляют ранние стадии развития гидробионтов. Лососи, обитающие в открытом океане, проходят для нереста к верховьям рек с чистой прозрачной водой, тех, где они сами появились на свет. А европейский угорь, обитающий в пресных озерах Балтийского бассейна, созревая, выходит из них, пробираясь подчас по мокрым лугам до речек, скатывается по ним к морю, пересекает Атлантику и нерестится в районе Саргассова моря на глубине 2000 м.

Водный фактор на суше. В воздушной среде потери воды организмами неизбежны, так как содержание воды в их теле велико, а давление паров воды в воздухе относительно мало. Организмы не обладают совершенной гидроизоляцией; многие из них, особенно растения, имеют очень большую относительную поверхность. Газообмен, дыхание и выделение продуктов обмена веществ сопровождаются потерей воды. Эти потери существенно зависят от температуры, влажности и скорости движения воздуха и от возможности обеспечения водой.

Адаптации растений, направленные на уменьшение потерь воды, связаны с устьичной регуляцией влагоотдачи листьями и с рядом морфологических приспособлений. К ним относятся: погружение устьиц вглубь листа, способность листьев сворачиваться, прикрывая устьица и сокращая поверхность испарения; сохранение запасов воды в толстом сочном стебле; уменьшение относительной поверхности влагоотдачи (шаровидные кактусы; редукция листьев, превращающихся в иглы или шипы); образование защитных покровов, создающих пограничный слой неподвижного воздуха (волоски, колючки, восковой налет) и т.п.

У животных для сокращения потерь воды служат шерсть, перья, отсутствие потовых желез, обратное всасывание воды при выделительных процессах. У грызунов, обитающих в пустыне, почки обладают очень высокой концентрирующей способностью и доводят содержание плотных веществ в моче до 25%. Все же выведение из организма растворимых конечных продуктов обмена веществ, таких как аммиак или мочевина, сопровождается значительной потерей воды. Водный дефицит выработал у наземных насекомых, рептилий и птиц способность к экскреции почти нерастворимой мочевой кислоты. У многих животных, обитающих в аридной зоне, анатомические особенности строения дыхательных путей уменьшают респираторные потери влаги.

Для восполнения запасов воды у животных кроме питья и поглощения влажной пищи определенное значение имеет метаболическая вода, образующаяся в организме при окислении запасов жира. Мелкие обитатели пустынь вообще никогда не пьют, обходясь метаболической водой. Многие амфибии, наземные брюхоногие моллюски, некоторые насекомые и клещи способны поглощать воду через покровы тела. Растения пустынь развивают мощные корневые системы с низким осмотическим потенциалом, которые способны собирать влагу даже при очень малой ее концентрации в почве. А растения-эпифиты поглощают влагу воздушными корнями из воздуха.

Кислород. Для большинства организмов кислород имеет большое физиологическое значение, поэтому распределение его концентраций в среде и доступность для организмов являются важным экологическим фактором. Концентрация О2 в атмосферном воздухе - 20,95% (по объему для сухого воздуха) - очень постоянна. Временное ее уменьшение на 2-3% не оказывает заметного физиологического действия. В почве и глубоких норах животных содержание его может опускаться до 15% и ниже, но обитатели этой среды приспособлены к таким отклонениям. При подъеме в высоту в связи со снижением атмосферного давления падает и парциальное давление кислорода. С определенного уровня это приводит к физиологическим нарушениям и включает механизмы адаптации к гипоксии (см. §. 4.2).

Адаптации к недостатку кислорода. Неадаптированный человек уже на высоте 3000 м над уровнем моря при атмосферном давлении 500мм рт. ст. и парциальном давлении О2 100мм испытывает ухудшение состояния и снижение работоспособности, а на высоте 6000 м теряет сознание. Почти до 5000 м в Гималаях и Андах доходят постоянные поселения людей, хорошо адаптированных к условиям гор. У них по сравнению с жителями равнин повышен объем крови, увеличено количество эритроцитов и гемоглобина.

Генетически адаптированные горные животные имеют еще больший высотный потолок. У обитающих в Андах южноамериканских верблюдов - лам, викуний и альпак - найдено повышенное сродство гемоглобина к кислороду. Объемная доля О2 в их эритроцитах на 25-30% больше, чем у других наземных млекопитающих. Большая кислородная емкость крови сочетается с высокой активностью окислительных ферментов в тканях. Благодаря этому несмотря на внешний дефицит О2 напряжение кислорода в их клетках даже выше, чем у равнинных животных.

Мощные механизмы адаптации к недостатку кислорода развиваются у ныряющих животных, хотя дыхательный дефицит у них имеет прерывистый характер. Морские черепахи могут находиться под водой до 6 ч, некоторые морские змеи - до 2,5 ч. У кашалотов остановка дыхания может доходить до 2 ч, а глубина погружения - свыше 1000 м. Несколько меньше эти показатели у ластоногих, еще меньше - у полуводных, т.е. постоянно обитающих у воды и питающихся на воде и в воде млекопитающих и птиц.

Ныряющие животные имеют в среднем несколько повышенный относительный объем легких, только у крупных китов он понижен. Изменение объема и давления воздуха в легких при дыхании у всех ныряющих в несколько раз больше, чем у наземных животных. В среднем в 1,5-2 раза у них больше и относительный объем крови. Кровь их обладает исключительно высокой кислородной емкостью за счет большой концентрации гемоглобина. Важным кислородным депо служит также мышечный миоглобин, содержание которого у ныряющих млекопитающих в 3-7 раз больше, чем у наземных животных. Запас кислорода расходуется при нырянии очень экономно. У китов и тюленей при погружении частота сердечных сокращений становится в несколько раз меньше, резко замедляется или даже прекращается кровоток в ряде органов. Значительная масса клеток временно переходит к анаэробному гликолизу - бескислородному снабжению энергией. При всплывании на поверхность и вдыхании свежего воздуха в организме ныряющих животных чрезвычайно быстро восстанавливаются многие физиологические и биохимические параметры.

Приспособления к дыханию в воде, т.е. потреблению растворенного в воде О2, у гидробионтов имеют совсем иной характер. Вода содержит во много раз меньше кислорода, чем воздух: при 20° в 1 л воздуха содержится 277 мг О2, а в 1 л пресной воды при полном насыщении растворенным воздухом - 8,7 мг О2, т.е. в 32 раза меньше. Для полного извлечения из воды такого же количества О2, как и из воздуха, нужно выполнить во много раз большую работу. Зато водные организмы имеют дело с уже готовым раствором кислорода, а дыхание наземных животных зависит от скорости растворения О2 в транспортирующей жидкости.

В континентальных стоячих водах, особенно в богатых органикой (эвтрофных) озерах и болотах, или под ледовым покровом концентрация О2 всегда понижена из-за бактериального окисления. Это часто приводит к заморным явлениям - гибели рыб, нуждающихся в богатой кислородом воде. Подобные обстоятельства с самого начала эволюции определили главные стратегии приспособления к водной среде. Самые ранние формы были анаэробными и не нуждались в кислороде. Среди бактерий и простейших до сих пор есть много анаэробов, т.е. организмов, способных относительно легко переносить временное отсутствие кислорода или существовать в условиях кислородного дефицита. Но даже при достижении современного уровня содержания О2 в природных водах и при расцвете водной фауны кислородный запрос подавляющего числа гидробионтов остался намного ниже, чем у животных, вышедших на сушу.

Почав. В отличие от рассмотренных выше ресурсов биосферы - энергии, климатических факторов, пищи, кислорода и воды - почва значительно менее динамична. Согласно классификации В.И.Вернадского она представляет собой биокосное вещество. Биотические и биогенные компоненты составляют относительно небольшую, хотя и очень важную часть почвы. Поэтому, оставаясь возобновимым ресурсом, почва неустойчива, очень сильно зависит от связанного с ней сообщества и восстанавливается после нарушений намного медленнее, чем другие биотические ресурсы. Почва - самый наружный слой земной коры, разрыхленный физическим и химическим выветриванием и сформированный при участии живых организмов. Свойства почвы определяют само существование высших и низших растений, многих животных, образование и распространение сообществ. Жизненно необходимый обмен минеральными веществами между биосферой и неорганическим миром происходит именно в почве.

Основные свойства почвы как экологической среды - это ее физическая структура, механический и химический состав, рН и окислительно-восстановительные условия, содержание органических веществ, аэрация, влагоемкость и увлажненность. Различные сочетания этих свойств образуют множество разновидностей почв и разнообразие почвенных условий.

В табл. 4.4 приведены данные о почвенных ресурсах планеты, о распространении различных типов почв. В зависимости от особенностей структуры, механического и химического состава все типы подразделяются на подтипы, роды, виды и разновидности почв.

Сейчас на Земле по распространенности ведущее положение занимают четыре типологические группы почв:

1) почвы влажных тропиков и субтропиков, преимущественно красноземы и желтоземы, для которых характерны богатство минерального состава и большая подвижность органики (более 32 млн км2);

2) плодородные почвы саванн и степей - черноземы, каштановые и коричневые почвы с мощным гумусовым слоем (более 32 млн км2);

3) скудные и неустойчивые почвы пустынь и полупустынь, относящиеся к разным климатическим зонам (более 30 млн км2);

4) относительно бедные почвы лесов умеренного пояса - подзолистые, бурые и серые лесные почвы (более 20 млн км2).

Почва существенно биогенна.. Решающую роль в образовании почвы играют растения и комплекс почвенных организмов - эдафон. В его составе, например в почве смешанного леса, около 50% бактерий, 25% грибов, 13% червей, остальная микро-, мезо- и макрофауна (от микроклещей и личинок насекомых до роющих млекопитающих) - 12%. Эдафон составляет 4-7% всей органики такой почвы и вместе с корнями растений участвует в образовании почвенного детрита - мертвого органического вещества. В разных почвах эти соотношения широко варьируют, в целом в них содержится 3-6, до 10% органики. На одном гектаре плодородной земли почва может содержать до 10 т живой биомассы, в том числе до 1 т червей. Детритофаги почвы - черви и личинки насекомых - поглощают вместе с растительными остатками и минеральные частицы почвы, т.е. по существу питаются землей. Они пропускают через свой пищеварительный тракт огромную массу почвы, наиболее ценные компоненты которой почти целиком состоят из их испражнений. На гектаре огородной земли дождевые черви перерабатывают таким образом до 50 и более тонн почвы за год. Они придают почве мелкокомковатую структуру, улучшая ее аэрацию и влагоемкость.

Таблица 4.4

Распространенность основных типов почв мира и степень их освоения

Географические пояса и типы почв Общая площадь Процент освоения
млн км2 %
Тропический пояс
Почвы дождевых лесов - красные и желтые ферраллитные почвы 25,9 19,5 7,4
Почвы сезонно-влажных ландшафтов – красные саванновые, черные слитые 17,6 13,2 12,6
Почвы полупустынь и пустынь 12,8 9,6 0,8
Субтропический пояс
Почвы постоянно влажных лесов - красноземы, желтоземы 6,6 4,9 19,7
Почвы сезонно-влажных ландшафтов - коричневые и др. 8,6 6,5 25,6
Почвы полупустынь и пустынь 10,6 7,9 7,6
Суббореальный пояс
Почвы лиственных лесов и прерий – бурые, лесные и др. 6,1 4,6 33,4
Почвы степных ландшафтов - черноземы, каштановые 7,9 5,9 31,6
Почвы полупустынь и пустынь 7,9 5,9 1,3
Бореальный пояс
Почвы хвойных и смешанных лесов - подзолистые, дерново-подзолистые 15,5 11,6 8,4
Почвы мерзлотно-таежных ландшафтов 8,2 6,1 -
Полярный пояс
Почвы тундровых и арктических ландшафтов 5,7 4,3 -

 

В результате разложения растительного детрита, состоящего из опада и отмерших частей растений, образуются гуминовые вещества - основа почвенного гумуса. Соединяясь с мельчайшими минеральными частицами, гуминовые вещества образуют мицеллы глинисто-гумусового комплекса почвы. Они удерживают на своей поверхности ионы растворимых солей, обеспечивают равновесный ионный обмен с почвенным раствором и тем самым влияют на условия питания растений. Содержание гумуса в почве и мощность богатого гумусом слоя в значительной мере определяют плодородие почвы.

Химический состав почв очень разнообразен. Содержание в почве некоторых ионов имеет большое экологическое значение. Почвы, залегающие на известняках, очень богаты кальцием. На них развивается специфическая кальцефитная растительность. Другие растения, наоборот, избегают высоких концентраций Са2+ в почве. Своеобразна растительность засоленных почв, богатых Na+ и Сl (галофиты солончаков, морских берегов). Активная реакция большинства почв близка к нейтральной (рН 7). Известковые и засоленные почвы имеют щелочную реакцию (рН 8-9), а болотные почвы и торфяники - кислую (рН 4-5). Известны эндемические фитоценозы, связанные с участками почвы, содержащей повышенные количества некоторых микроэлементов. Многие представители почвенной фауны также чувствительны к кислотности и ионному составу почв.

В экосистеме почвы осуществляются разнообразные биотические взаимодействия. Среди них особенно важны мутуалистические связи между корнями растений, микрогрибами и бактериями, которые снабжают друг друга необходимыми элементами питания и обеспечивают такие важные процессы, как фиксация азота и перевод связанных биогенов в усвояемые растениями формы. Установлено, что во многих почвенных ценозах главенствующая роль принадлежит некоторым мицелиальным грибам, образующим сплошные тонкие, но значительные по массе и протяженности сети, как бы управляющие многими бактериальными и ионообменными процессами в почве.

Животные почвы, обитающие в плотной, неподатливой среде, в темноте, хорошо адаптированы к этим условиям. Биомеханические особенности тела позволяют им легко двигаться, проделывать в почве ходы и норы, а редукция зрения замещается превосходным обонянием. Слепыш и крот так хорошо приспособлены к рытью нор, что обмен веществ у них при интенсивных «земляных работах» повышается не больше, чем у других животных при ходьбе.

Поскольку почва - очень рыхлое природное образование (по сравнению с большинством горных пород земной коры), она постоянно находится под угрозой нарушения - эрозии - под влиянием потоков воздуха и воды. В нетронутых человеком природных экосистемах, где почва защищена сплошным растительным покровом или естественным спадом, эрозия протекает медленно и обычно уравновешивается постоянно идущим процессом почвообразования. Но там, где почва лишается естественной защиты в результате распашки, культивации, перевыпаса скота и сведения лесов, возможность эрозии многократно возрастает, вплоть до случаев полного сноса почвенного слоя и явлений опустынивания.

Все рассмотренные выше ресурсы необходимы в первую очередь самой биоте, которая неустанно формирует и воспроизводит условия, необходимые для жизни на Земле, в том числе и для жизни человека. В следующей главе мы рассмотрим, как этими ресурсами распоряжается человек, его экономика.

 


ГЛАВА V. Техносфера и поглощение природных ресурсов

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Назвать главные этапы техногенеза, связав их с экономическим развитием цивилизации. 2. Сравнить техносферный обмен веществ с биосферным. 3. Дать классификацию природных ресурсов по разным критериям. 4. Охарактеризовать масштабы использования возобновимых ресурсов на примере земли, воды, биоресурсов. 5. Оценить мировые запасы невозобновимых природных ресурсов. 6. Описать общую структуру использования энергоресурсов.

Техногенез

Техногенез в истории цивилизации - это нарождение техники, создание человеком все более совершенных способов, орудий и устройств для воздействия на… Начало техногенезу положил первый костер, зажженный человеком. Применение огня… Начиная с VIII-XI в. к ним добавляются изобретения, использующие силы воды и ветра. Наступила эпоха механоэнергетики…

Таблица 5.1

Рост техносферы в XX веке

В первой половине XX в. была уверенность, что многие проблемы разрешатся с помощью техники. В течение века было зафиксировано множество открытий и… Техногенез, как и его инициатор - человек, стремится к занятию всевозможных… в пределах биосферы и среды человека источников риска (все виды вооружений, отравляющие вещества и ядерное топливо)…

Техносфера

Техносфера - это глобальная совокупность орудий, объектов, материальных процессов и продуктов общественного производства. Техносферу можно… В XX в. человек раздвинул границы техносферы далеко за пределы биосферы - в… По различным оценкам, общая масса техносферы в настоящее время составляет от 10 до 20 тыс. Гт. (Это больше биомассы…

Рис. 5.2. Схема, поясняющая нарушение биотической регуляции круговорота углерода и самоускорение парникового эффекта

 

Ресурсы техносферы

Природные ресурсы являются основной частью экономических ресурсов, т.е. кроме факторов среды они являются факторами производства. Ресурсы - это вещества, материалы, силы и потоки вещества, энергии и… § образуют входные звенья природных или хозяйственных циклов, являются их необходимыми участниками и, в связи с этим,…

Рис. 5.3. Схема классификации природных ресурсов

 

Все естественные материальные и энергетические ресурсы, используемые человеком, принято называть природными ресурсами. При этом часто забывают, что большинство из них является ресурсами не только для человека, но в основном и в первую очередь ресурсами живой природы.

Классификация ресурсов. Существует несколько классификаций природных ресурсов.

Естественная классификация основана на разделении ресурсов по компонентам природной среды: земельные, минеральные, водные, климатические, растительные, животного мира и т.п.

В хозяйственной классификации ведущее значение имеет отраслевая принадлежность: ресурсы топливно-энергетического комплекса, металлургии, химической промышленности, сельского хозяйства, лесоперерабатывающей промышленности и т.д.

С эколого-экономической точки зрения важна классификация природных ресурсов по признакам исчерпаемости (рис. 5.3). К практически неисчерпаемым (в пределах времени существования техносферы) часто относят космические (солнечную радиацию, гравитацию) и планетарные ресурсы (наличие атмосферы, гидросферы, геотермальной энергии). Однако в конкретных земных и, тем более, техносферных условиях XX в. действует закон ограниченности (исчерпаемости) всех природных ресурсов.

Возобновимые ресурсы - это вещества и силы, которые создаются на Земле благодаря текущему потоку солнечной энергии: тепло, атмосферная влага, вода осадков и всех пресных вод, течение рек и гидроэнергия, энергия ветров, волн и течений, почва, все живые организмы, биосфера, наконец, сам человек. Для различных возобновимых, особенно для биологических ресурсов, существуют пределы скорости изъятия и степени исчерпания, после превышения которых уже невозможно возобновление, так как нарушается его естественный режим. Чаще всего это относится к численности популяции или биоразнообразию экосистем. Но это может быть отнесено и к биосфере в целом.

Разумеется, исчерпаемы и все невозобновимые ресурсы. К ним относится подавляющее большинство полезных ископаемых: горные материалы, руды, минералы, осадочные породы, ископаемое топливо. Правда, некоторые минеральные ресурсы и сейчас медленно образуются при геохимических процессах в недрах, глубинах океана или на поверхности земной коры - залежи солей, руды переходных металлов, железомарганцевые конкреции, известняки, продукты выветривания, но не уголь и углеводороды. В отношении полезных ископаемых большое значение имеют доступность и качество ресурса, а также количественное соотношение между оцененными потенциальными, реальными разведанными и эксплуатационными запасами.

Принципиальное отличие техносферы от биосферы заключается в том, что биосфера использует исключительно контролируемые ею возобновимые ресурсы, тогда как человек в техносфере, кроме захвата значительной части биосферных ресурсов, использует и огромную массу невозобновимых ресурсов, значительная часть которых не нужна биоте биосферы, но влияет на ее функционирование.

Несмотря на указанное отличие ресурсы биосферы и техносферы непрерывно взаимодействуют между собой. Преждевременное изъятие погребенных в литосфере веществ и ввод их в оборот нарушает оптимальный баланс круговорота веществ в природе. Кроме того, использование невозобновимых ресурсов всегда влечет за собой цепь частных последствий, важных для биосферы: преобразование ландшафтов, изъятие площадей природных экосистем, деградацию почв, изменение распределения грунтовых вод и др.

Хотя человечество на протяжении всей своей истории сталкивается с ограниченностью природных ресурсов, оно до сих пор не осознало последствий их бесконтрольного использования. Ни на макро-, ни на микроуровнях в экономике не используется показатель природоемкости. В настоящее время экономика мирового хозяйства чрезвычайно природоемка, что и обусловливает техногенный тип развития и истощение природных ресурсов.

Земля, вода, биоресурсы

§ размеры территории, совокупность площадей освоения и эксплуатации, техноемкость и демографическая емкость территории; § географическое положение территории, принадлежность к определенной природной… § качество земли, почвы - субстрата и источника биопродукции, в том числе продукции сельского хозяйства;

Таблица 5.2

Площадь земель, не затронутых хозяйственной деятельностью (%)

Континенты По критерию Hannah et ai (1994) По данным съемок из космоса
Европа 15,6 5,7
Азия 43,5 22,9
Африка 48,9 27,0
Северная Америка 56,3 34.0
Южная Америка 62,5 20,9
Австралия 62.3 27,1
Вся суша* 56,0 28,3

*Без Антарктиды и других ледяных и скальных поверхностей

 

Главную нагрузку по стабилизации окружающей среды несут Мировой океан и сохранившиеся наземные природные экосистемы. В Северном полушарии наибольшие площади ненарушенных хозяйственной деятельностью территорий имеют Россия и Канада, где сохранились самые крупные массивы естественных лесных сообществ. В Южном полушарии наиболее ощутимый вклад в стабилизацию окружающей среды вносят Бразилия, экваториальная Африка и Австралия. Особенно важную роль в поддержании устойчивости биосферы играют высокопродуктивные влажные тропические леса в бассейне Амазонки.

Чем мощнее энергетика страны и чем выше потребление первичной продукции биоты в ней, тем больший вклад она вносит в глобальную деформацию окружающей среды. Ее показателем может служить мощность, приходящаяся на единицу площади. Если соотнести эти величины с глобальной мощностью, то для каждой страны можно определить коэффициент антропогенного давления. Ранжированные значения этого коэффициента для ряда стран и присущая им степень ненарушенности естественных биогеоценозов приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Коэффициент антропогенного давления и доля (в %) ненарушенных территорий

Известные лимиты освоения новых территорий связаны не столько с малой доступностью их для техники и размещения промышленных объектов, сколько с… Из 149 млн км2 площади суши на долю земель, в принципе пригодных для…

Таблица 5.4

Ландшафтно-хозяйственная структура земель всего мира и Российской Федерации

Категории земель Мир РФ
млн га % млн га %
Сельскохозяйственные угодья 21,6 13,1
в том числе пашня 10,2 7,7
Леса и кустарники 30,5 47.2
Нелесные растительные ландшафты 7,6 22,7
Под водой и болотами 6,9 5,6
Под постройками, дорогами и т.п. 6,6 4,0
Пустыни 15,2 0,1
Прочие 11,6 7,3
Всего 100,0 100,0

 

На каждого жителя Земли в настоящее время приходится в среднем около 1/4 га пашни. Почти 90% площади возделанных земель находится в тропиках, субтропическом, суббореальном поясах и разделены между ними почти поровну. Однако показатель относительного использования земель наибольший в суббореальном поясе - в полосе лесостепи, степей и прерий (32%). Здесь сочетаются наиболее благоприятные почвенные и климатические условия для выращивания главных земледельческих культур.

К середине XX столетия в странах пояса сухих субтропиков продовольственное положение резко ухудшилось из-за быстрого роста населения и дефицита плодородной земли. Наступление массового голода в 50 - 70-х годах было задержано с помощью комплекса мер, получивших название «зеленой революции». Ее слагаемыми были: внедрение новых сортов сельскохозяйственных растений, устойчивых к заболеваниям и отзывающихся на орошение и удобрение высокими урожаями; внедрение новых агротехнических приемов и средств защиты растений; обучение крестьян; изменение экономической структуры сельского хозяйства. Эти меры имели большое значение. Благодаряим во многих странах, в том числе таких, как Индия, Индонезия, Бангладеш, Бразилия, Нигерия, урожаи зерна за 25 лет выросли в 2-3 раза, в Мексике - в 4 раза. Мировое производство зерновых увеличилось с 700 до 1820 млн т в год. Быстро развивалось и животноводство: производство молока в Европе удвоилось, а мяса - утроилось. Поголовье основных видов скота приблизилось к числу людей на Земле и превзошло их по массе.

Достижения «зеленой революции» оказались временными, так как поддерживать опережающий рост производства продовольствия становится все труднее. Это значительно обостряет продовольственную проблему во многих регионах Земли. Из-за экономического неравенства и неравномерности распределения продовольствия более 1 млрд человек в слаборазвитых странах питаются недостаточно, а от 0,5 до 1 млрд человек хронически голодают.

Несмотря на большую потребность в расширении посевных площадей освоение новых земель в отдельных регионах мира уже практически не приводит к увеличению мировой пашни. Во-первых, все время нарастает экспансия неаграрных объектов. Во-вторых, одновременно с распашкой новых земель значительные площади пашни выбывают из хозяйственного использования из-за разных форм детериорации, т.е. порчи земли. Значительные затраты на мелиорацию (т.е. улучшение земли) часто уже не могут остановить этот процесс.

Основными причинами потерь части земельных ресурсов сельского хозяйства являются:

а) эрозия почвы - смыв или сдувание поверхностного плодородного слоя почвы водой и ветром;

б) потеря гумуса и снижение плодородия вследствие неправильной агротехники, в основном из-за отсутствия севооборотов и недостаточного возвращения в почву питательных веществ;

в) подтопление и вторичное засоление почвы, вызываемое бездренажным орошением и неконтролируемой подачей воды;

г) машинная деградация почвы (переуплотнение, нарушение структуры пахотного слоя, смешивание его с подстилающей породой;

д) химическое и радиационное загрязнение почвы.

Одним из наиболее серьезных проявлений деградации земель является «техногенное опустынивание», вызванное деятельностью человека и изменениями климата. Большая площадь современных пустынь имеет антропогенное происхождение. От деградации почвы уже пострадали 70% засушливых земель планеты - территория, которая по площади в три раза больше Европы. Скорость опустынивания в мире сейчас достигла 7-10 млн га в год. Кроме этого ежегодно еще 20 млн га теряют продуктивность из-за эрозии и наступления песков. Примерно такова же и скорость сокращения площади лесов. Это одна из самых длительных и грозных тенденций утрат природы. Практически весь земельный фонд мира подвержен той или иной степени деградации.

За всю историю человечества было потеряно больше земель, чем теперь обрабатывается. Общая антропогенная потеря почв в мире около 90 млрд тонн в год. Это в 4 раза больше, чем естественный снос континентальными водотоками, реками. Интенсивной эрозии в мире подвержено более 20% площади обрабатываемых земель. За последние 40 лет их мировой фонд сократился на 250 млн га. Сейчас этот процесс идет в среднем со скоростью 7,5 млн га в год.

Земля России. Общая площадь земельного фонда Российской Федерации составляет 17,1 млн км2 (см. табл. 5.4). Преобладающую часть территории страны занимают тайга, тундра и лесотундра, мало освоенные и практически непригодные для земледелия. Около 11 млн км2 находятся в зоне вечной мерзлоты. Из всей площади земель Евразии, не затронутых хозяйственной деятельностью (см. табл. 5.2), почти 70% приходятся на Россию. Расчеты показывают, что эффективная территория России составляет 5,5 млн км2- менее 1/3 общей территории. Это пятое место в мире после Бразилии, США, Австралии и Китая. Она вытянута длиной более 8000 км, полосой, определившей большую протяженность транспортных магистралей. В ней сосредоточены более 95% населения и 93% хозяйственной инфраструктуры страны, в том числе все сельскохозяйственные угодья - 224 млн га.

Из 130 млн га пашни России большая часть расположена в районах рискованного земледелия. Поэтому потенциальная продуктивность пашни у нас мала и компенсируется большой посевной площадью: на каждого жителя страны приходится почти 0,9 га пашни (в 3,5 раза больше среднемирового показателя). Однако и имеющийся продукционный потенциал пашни используется с низкой эффективностью. Она в 3-5 раз ниже, чем во многих странах.

На юге России - в Волгоградской, Ростовской областях, Краснодарском крае, Ставрополье из-за эрозии, подтопления и засоления продолжается потеря чернозема - одного из главных богатств страны. Третья часть черноземов мира находится в России и дает более 80% сельскохозяйственной продукции. Черноземы отличаются высоким плодородием, мощностью гумусного горизонта и сбалансированностью минеральных элементов питания растений. Они являются как бы эталоном оптимального содержания химических элементов в почве и запасают огромное количество энергии. Однако почти полная распашка степей на юге, перевыпас скота участили пыльные бури, выметающие почву на сотнях тысяч гектаров пашни. Большой ущерб нанесен также неправильным орошением. За 50 лет Россия потеряла более 1/3 своего чернозема.

Быстро растет изъятие земель под неаграрные объекты. При этом неизбежно изымаются и плодородные земли, так как именно на таких территориях формируется наибольшая хозяйственная активность. Растущие города поглощают не только пахарей, но и пашню. Значительные потери плодородных пойменных земель связаны с гидростроительством. Площадь затопленных земель в результате создания водохранилищ на равнинных реках Европейской части России достигла 3,5 млн га. Некоторые гидроузлы в бассейнах Волги, Дона и Кубани (при правильном подсчете баланса между выгодой и ущербом с учетом ценности затопленных земель и других факторов) нанесли стране огромные убытки.

Водные ресурсы. Водные ресурсы биосферы охарактеризованы в гл. 4. Техносфера конкурирует с экосферой за наиболее доступные резервуары пресной воды. Тем более, что водоемкость всего человеческого хозяйства в XX столетии увеличилась в 12 раз и достигла огромной величины: около 5 тыс. км3 в год. Это почти 14% годового стока всех рек мира. Правда, некоторую часть этого объема составляют подземные воды, не доступные для биоты. Вместе с ними общий водохозяйственный потенциал ресурсов пресной воды оценивается в 2,5-2,8 млн км3/год, а современные доступные эксплуатационные запасы - в 42 тыс. км3/год. Из них лишь 1/3 составляет устойчивую часть речного стока. Около 70% мирового водопотребления приходится на сельское хозяйство, 13% - на промышленность, 10% - на коммунально-бытовые нужды.

Преобладающим источником водоснабжения в мире остаются реки. Однако гидроэнергетика и возросшее водопотребление нуждаются в емких резервуарах воды, мало зависящих от сезонных перепадов стока. Поэтому многие тысячи рек в XX в. зарегулированы. Более 30 тысяч водохранилищ с общей площадью зеркала больше площади Черного и Азовского морей увеличили мгновенный объем воды в речных системах и средний период обращения воды в них в 6-7 раз.

Общий объем организованных (технических) стоков водоотведения в поверхностные водоемы и водотоки мира превышает 1300 км3/год. Для достаточного разбавления содержащихся в них техногенных примесей требуется в среднем в 10 раз больше свежей воды. Таким образом, потенциал суммарного антропогенного вмешательства в природный круговорот воды достигает 18 тыс. км3/год, что составляет уже половину речного стока мира. Кроме того, существует еще значительное косвенное вмешательство в глобальный круговорот воды, обусловленное уменьшением объема транспирации из-за вырубки лесов.

Вода некоторых рек в промышленных районах мира полностью (в ряде случаев более, чем однократно) проходит через различные технические системы водопотребления. Благодаря применению в промышленности и энергетике водооборотных циклов суммарное использование воды в этих отраслях в целом в 2,8 раза превышает объем забора свежей воды. Разумеется, водообеспеченность хозяйства и населения в разных регионах мира очень различны.

Водоемкость разных производств зависит от вида продукции, применяемых технических средств и технологических схем водоснабжения. Так, на производство 1 т разных видов готовой продукции расходуются в среднем такие объемы воды (в м3): угля - 0,6, нефти - 3, стали - 40, синтетических волокон - 300, бумаги - 900, резины - 2300. Большие объемы воды требуются для охлаждения энергоблоков: для работы ТЭС мощностью 1 ГВт 1,2-1,6 км3 воды в год, а для работы АЭС той же мощности - до 3 км3 в год. Если бы цена природной воды включалась в цену продукта, то от многих водоемких технологий человечеству пришлось бы отказаться по экономическим соображениям.

В питьевом водоснабжении населения в настоящее время все большее значение начинают приобретать подземные источники. На них основано водное хозяйство более 25% городов мира, в том числе и многих крупных. Используются преимущественно пресные воды из зон активного водообмена и артезианских бассейнов с минерализацией менее 1 г/л, более чистые в санитарном отношении, но и более минерализованные, чем речные воды. Практически вся вода, поступающая в магистрали питьевого водоснабжения, нуждается в специальной водоподготовке. Проблема качества воды связана в основном с массированным техногенным загрязнением поверхностных и отчасти подземных природных вод.

Современное техногенное вмешательство в планетарный круговорот воды близко к критическому уровню, превышение которого может существенно повлиять на процессы в биосфере, на географическое распределение осадков и качество воды природных источников.

Водные ресурсы России. Объем поверхностных пресных вод страны равен 28 тыс. км3 (из них 82% содержится в Байкале), или 22% объема пресных вод мира. Из 15 крупнейших рек мира четыре текут по территории нашей страны. Водохозяйственный фонд РФ насчитывает около 2300 водохранилищ с общим объемом 820 км3 и общей площадью зеркала около 70 тыс. км2 Суммарный годовой сток всех рек РФ равен 4270 км3 (11,5% мирового стока). Его слагаемые и использование отражены на рис. 5.4. Водообеспеченность 1 км2 территории РФ составляет в среднем немного более 250 тыс. м3.

 

Рис. 5.4. Распределение водных ресурсов России. Слагаемые и использование годового стока рек

 

Географическое распределение материкового стока крайне неравномерно: более 90% его выносится в Северный Ледовитый и Тихий океаны, а на бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает 80% населения России и сосредоточена большая часть хозяйственного потенциала, приходится менее 9%. Поэтому, в частности, Волжский бассейн испытывает большую техногенную нагрузку: 18-процентный водозабор уменьшает естественный годовой сток Волги на 10 - 12%. А водозабор из таких рек, как Дон, Кубань, Терек, Урал, Исеть, Миасс, превышает 50% стока. В целом в Российской Федерации в 1997 г. использовано 70,2 км3 воды, в том числе из поверхностных источников - 54,5 км3, из подземных - 10,4 KM3.

Россия располагает большими запасами подземных вод, их потенциальный ресурс оценивается в 230 км3 в год, из которых 60% приходится на Европейскую часть РФ. Утвержденные эксплуатационные запасы подземной пресной воды составляют 22 км3/год.

На каждого жителя Российской Федерации из всех водоисточников в год приходится в среднем по 250 л в сутки; в крупных городах - по 320. Средняя водообеспеченность населения у нас одна из самых высоких в мире. Однако по сравнению со многими другими странами пресная вода расходуется крайне неэкономно. В то же время в ряде районов на Юге России, в Поволжье и в Зауралье существуют трудности с обеспечением населения качественной питьевой водой.

Биоресурсы. Эксплуатация биоресурсов Земли не ограничивается сельским хозяйством. За его рамками оказывается масштабное изъятие человеком значительной части ресурсов, контролируемых биосферой: вырубка лесов, сбор их продукции, промысел рыбы, морепродуктов, зверей и птиц, нарушение и уничтожение природных биоценозов, уменьшение биологического разнообразия.

На заре земледелия и скотоводства лесами были покрыты не менее 62 млн км2 поверхности суши. Согласно оценке Лесного Департамента ФАО ООН (1994 г.) общая площадь лесов мира составляет 40 млн км2. Следовательно, за время существования человеческой цивилизации уничтожено 35% площади лесов, причем больше половины этой доли - за последние 150 лет. Сейчас в основном уменьшается площадь тропических лесов.

В развитых странах умеренных широт (США, Западная Европа), где остались практически только вторичные леса, площадь их не уменьшается, но усиливается деградация и поражение лесов из-за техногенного загрязнения воздуха и почвы. В целом в Западной Европе площадь пораженных лесов составляет 38% залесенной площади.

Суммарное потребление древесины в мире (по данным вывозки деловой древесины) в настоящее время составляет около 3 млрд м3 в год. Это соответствует изъятию приблизительно 7% годовой биопродукции всех лесов. Больше половины этого количества приходится на тропические леса Азии, Африки и Латинской Америки. По оценке ФАО, глобальное сокращение лесов в 18 раз опережает их восстановление. Сохранение этой тенденции представляет очень серьезную экологическую угрозу. Во-первых, сокращается биомасса и продукционный потенциал биосферы, а, следовательно, и глобальный ресурс фотосинтеза. В свою очередь это ведет к ослаблению газовой функции биосферы и ее способности строго регулировать ассимиляцию солнечной энергии и состав атмосферы.

Во-вторых, уменьшается вклад транспирации в круговорот влаги на суше, что ведет к изменению режима осадков и может ускорить аридизацию больших пространств. В зоне тропических лесов влагооборот почти полностью зарегулирован растительностью, и ее уничтожение в условиях интенсивной солнечной радиации резко изменяет климатические условия. Вырубка лесов в горных районах и на водоразделах приводит к учащению наводнений, селей и засух на прилегающих территориях. Ослабление средорегулирующей функции лесов усиливает влияние случайных слагаемых климата, делает его менее устойчивым.

В-третьих, наступают негативные биологические последствия, так кик леса служат источником и экологическим резервуаром большинства биоценозов Земли. Вместе с лесом исчезают биотопы многих видов, уменьшается биологическое разнообразие. Влажные тропические леса покрывают сейчас всего 7% поверхности суши, но на них приходится более 2/3 всех видов животных и растений, многие из которых еще не изучены и могут представлять собой чрезвычайно ценный биологический материал. Если вырубка лесов в Юго-восточной Азии, в бассейнах Амазонки и Конго будет продолжаться такими темпами, как сейчас, то в ближайшие десятилетия будет утрачена существенная часть генофонда планеты.

За 10 тысячелетий земледельческой цивилизации человеком в значительной мере преобразованы практически все пространства нелесных равнинных экосистем - по разным оценкам, от 30 до 50 млн км2 степей, лесостепей, саванн, прерий. Замена природных фитоценозов агроценозами привела к резкому изменению экосистемного облика больших территорий суши. Вместо устойчивых естественных сообществ десятков видов растений возникли искусственные монокультуры, не способные к самоподдержанию. Продукционный потенциал земли при этом уменьшился, а оставшиеся характерные для соответствующих природных зон дикие растения и животные стали «сорняками» и «вредителями». Человеку пришлось взять на себя многочисленные функции для поддержания агроценозов и изобрести различные средства для этого - от мотыги до должности министра сельского хозяйства. Агроценозы не только нанесли удар по биоразнообразию, но и ускорили неблагоприятную для земледелия эволюцию ряда видов, вредящих культурным растениям.

По сравнению с продукцией животноводства использование дикой наземной фауны в настоящее время незначительно и играет определенную хозяйственную роль лишь для небольшой части населения. Тем более, что человек очень сильно сократил размеры природных популяций многих зверей и птиц. Масштабы хозяйственно необходимой промысловой охоты сейчас уже уступают охоте спортивной, добыче охотничьих трофеев и спекуляции экзотическими животными - одной из форм изуверских развлечений и преступного бизнеса.

Зато большое хозяйственное значение сохраняется за водными биоресурсами. В настоящее время в мире вылавливается ежегодно более 100 млн т рыбы и еще около 10 млн т других морепродуктов (китов, тюленей, ракообразных, моллюсков, водорослей). В сумме это составляет небольшую часть общей биопродукции океана, но очень существенную часть ежегодной продукции указанных групп организмов. По данным ФАО, в процессе вылова ущерб наносится более чем 70% мировых эксплуатационных запасов промысловых рыб.

Одно из наиболее серьезных проявлений давления техносферы на биосферу - обеднение природных экосистем, уменьшение биологического разнообразия. Выше уже говорилось об этом. Здесь следует подчеркнуть, что биоразнообразие является не только условием существования биосферы, но и может рассматриваться как важный ресурс техносферы. Генетическое разнообразие многих видов растений, животных, микроорганизмов используется в сельском хозяйстве, медицине, биологической промышленности и д|зет немалый экономический эффект. Материалы, полученные за счет дикой фауны и флоры, идут на изготовление ценных эфирных масел, клеев, восков, смол, красителей, дубильных веществ, лекарств, инсектицидов и т.п.

Однако из нескольких миллионов биологических видов в поле зрения людей, занятых изучением или хозяйственным использованием организмов, попадает едва лишь сотая часть. В то же время из-за деградации природной среды, загрязнения, разрушения биоценозов биосфера ежегодно теряет 10-15 тысяч биологических видов, преимущественно низших форм.

Особенно невосполнима утрата редких эндемических видов растений, насекомых, рыб и других животных, как это происходит в районах со своеобразной флорой и фауной. Причины те же: хозяйственное освоение, перепромысел, вырубка лесов, загрязнение. За последние 40 лет из-за полного исчезновения или резкого снижения численности популяций был прекращен промысел 18 ценных видов рыб. По этим же причинам международными соглашениями резко ограничен промысел китов и некоторых ластоногих. За всю историю охоты на животных человеком полностью уничтожены десятки видов крупных млекопитающих и птиц. В их числе мамонт, ирландский олень, тур, квагга, Стеллерова корова, сумчатый волк, птица моа, дронт, бескрылая гагарка, американский странствующий голубь и другие. Почти полностью истреблены и спасены лишь в состоянии крайнего коллапса природных популяций такие виды, как бизон, зубр, американский бобр, белохвостый гну, олень Давида, кулан, сайгак, выхухоль, котик и др. По данным Международного Союза охраны природы, только за четыре последних столетия исчезло 62 вида млекопитающих десяти отрядов.

Считается, что под угрозой исчезновения сейчас находится более 10 тыс. видов, в основном высших растений, позвоночных животных и некоторых групп насекомых.

Биоресурсы России. Россия владеет почти пятой частью мировых запасов леса. Общая площадь земель лесного фонда РФ - 11,6 млн км2, покрытая лесом площадь - 7,9 млн км2. В 1895 году площадь лесов Российской империи оценивалась в 1 миллиард десятин (10,9 млн км2) и в границах нынешней РФ (без лесов Финляндии, Прибалтики, Польши и Белоруссии) занимала 61% территории. Следовательно, за 100 лет Россия потеряла почти четверть своих лесов.

Вырубка леса производится ежегодно примерно на 2 млн га; еще 1 млн га лесов уничтожается пожарами. Кроме этого происходит усыхание лесов за счет возникновения очагов болезней и повреждения вредителями. Около 10 млн га лесов подвержено воздействию индустриальных загрязнений.

Восстановление леса отстает от вырубки и других потерь в соотношении 1: 4. По экспертным оценкам, площадь лесов Российской Федерации ежегодно сокращается на 2 млн га.

Из-за низкого технологического уровня переработки древесины промышленностью и строительством у нас осваивается только 1/8 часть заготовленного леса. Много круглого леса идет на экспорт. Миллиарды кубометров гниют или сгорают на лесосеках, устилают русла лесосплавных рек и озер. По выработке пиломатериалов, древесных плит, фанеры, картона и бумаги на 1 кубометр заготовленного леса мы отстаем от Канады, Швеции, Финляндии и других стран в 5-7 раз.

Но лес - не только источник древесины. С экологической точки зрения, лес - это ресурс фотосинтеза и самоочищения биосферы. Функции леса многообразны. Кроме общеэкологических и ресурсных функций лес имеет огромное климатическое, санитарно-гигиеническое и рекреационное значение. По мнению В.Г.Горшкова (1990), «более 60% территории России представляет собой до сих пор один из оставшихся на Земле уникальных ресурсов, поддерживающих существование на планете развитых стран Европы и Америки».

Наличие больших пространств, относительно мало затронутых хозяйственной деятельностью, способствует сохранению биоразнообразия бореальной зоны России, насчитывающей около 2800 видов высших растений и до 4000 видов позвоночных животных.

 

Энергетические и минеральные ресурсы

Невозобновимые энергоресурсы. В табл. 5.5 сопоставлены запасы и современное потребление главных видов ископаемого топлива. Разведанные запасы почти… Доступные запасы нефти и газа примерно на два порядка превышают их современное…  

Таблица 5.5

Потенциальные и используемые ресурсы горючих ископаемых мира* (млрд т условного топлива)

Горючие ископаемые Оценка количества в недрах Разведанные запасы Потребление (1990 г.)
Твердое топливо 3,96
Нефть подвижная 4,72
Тяжелая и запечатанная нефть 0,27
Доступный природный газ 2,48
Нетрадиционный газ 0.04
Горючие сланцы 0,08
Итого 11,55

 

По данным Мировой энергетической конференции (МИРЭК) 1992 г., 1 т у.т. = 29,3 ГДж. Энергетические эквиваленты масс: 1 т угля - 28 ГДж; 1 т нефти - 43 ГДж; 1 т газа (1400 м3) - 52 ГДж. Приблизительно 0,8% данных по запасам и использованию твердого топлива относятся к торфу

На втором месте по значению в энергоресурсах техносферы стоит ядерное топливо, главным источником которого является ископаемый уран. Большая часть урана в литосфере сильно рассеяна. По данным Мировой энергетической конференции, общие рудные запасы урана составляют 20,4 млн т, в том числе разведанные - 3,3 млн т. Содержание урана в породах большинства месторождений, имеющих перспективное коммерческое значение, колеблется от 0,001 до 0,03%. Поэтому производится значительное рудное обогащение. Природный уран на 99,3% состоит из изотопа U-238 и содержит только 0,7% изотопа U-235, масса которого обладает способностью к самопроизвольной цепной реакции. Для промышленных целей производят изотопное обогащение урана с доведением содержания U-235 до 3%. Такой уран (в основном в виде 1)0э) используется в большинстве современных реакторов.

При расходовании 1 кг урана в активной зоне реактора выделяется в зависимости от физических условий до 65 ТДж теплоты. Это соответствует сжиганию 2300 т угля. Если в качестве перспективного ресурса принять разведанные запасы, то общее количество энергии, которое можно получить в реакторах на тепловых нейтронах, составит около 1000 ЭДж. Для реакторов-размножителей на быстрых нейтронах, использующих реакцию деления U-238 и нарабатывающих плутоний, этот потенциал может возрасти до 140000 ЭДж и в 2,5 раза превысит сумму разведанных запасов органических топлив. К сожалению, часть этого ресурса уже переведена

в оружейный плутоний и вместе с массами отработанных радионуклидов превратилась в потенциал колоссального экологического риска. Общее потребление урана всеми странами за 50 лет приблизилось к 1,5 млн т. Для этого понадобилось переработать не менее 10 млрд т горной массы.

В настоящее время в мире работает более 400 реакторов АЭС с суммарной тепловой мощностью около 1200 ГВт. Они потребляют за год около 60 тыс. т урана и вносят 10-процентный вклад в общее техногенное выделение теплоты.

Возобновимые энергоресурсы. Хотя использование невозобновимых энергоресурсов ископаемых топлив создает самые серьезные экономические и экологические проблемы, человек намного меньше использует возобновимые энергоресурсы. Не потому, что они меньше (они намного больше), а потому, что их колоссальная энергия непостоянна, распределена на больших пространствах, мало концентрирована и плохо поддается контролю. Сознавая мощь стихий, человек предпочитает бензобак, ружье, электропровод или лазерный луч, где энергия сжата, канализована и находится в его полной власти.

Еще в 1978 г. ООН было введено понятие «новые и возобновляемые источники энергии», включавшее гидроэнергию, солнечную, геотермальную, ветровую, энергию морских волн, приливов и океана, энергию биомассы древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников.

Геофизические ресурсы энергии очень велики. Только близкие к поверхности суши и океана перемещения воздушных и водных масс имеют мощность порядка 25 ПВт, что в 2000 раз больше топливной мощности техносферы. Принципиальное отличие этих ресурсов от топливных заключается в том, что их использование само по себе не сопровождается загрязнением среды и не может повлиять на суммарный тепловой баланс планеты. Однако это совсем не означает их экологической нейтральности: эти ресурсы не могут быть ощутимо затронуты без того, чтобы не наступили трудно предсказуемые изменения климата и географической среды.

Гидроэнергия стоит на первом месте среди возобновимых ресурсов техносферы. Теоретический потенциал материкового стока близок к 6 ТВт (190 ЭДж/год). Реальный гидроэнергетический потенциал всех рек мира оценивается в 2,9 ТВт. Фактически в настоящее время для выработки электроэнергии используется менее 1/4 этого потенциала. В мире работают десятки тысяч ГЭС с общей электрической мощностью 660 ГВт. Для их работы на реках созданы водохранилища, часто целые каскады водохранилищ. Поскольку возраст большинства гидроэнергетических узлов насчитывает несколько десятилетий, а срок их амортизации колеблется от 50 до 200 лет, можно предвидеть немало проблем, связанных с реконструкцией гидроузлов. На рост использования гидропотенциала уже сейчас накладывается ряд экономических и экологических ограничений.

Суммарная оценка мощности устойчивых ветров в нижних слоях атмосферы имеет порядок 5 ТВт. Технически возможный объем ветроэнергетики мал по сравнению с этой величиной (максимальная оценка для 2020 г. равна 288 ГВт) и вряд ли составит более 2% всей энергетики техносферы, хотя в отдельных странах эта доля может быть намного больше. Так, в Дании ветросиловые установки обеспечивают уже более 3,7% выработки электроэнергии. Общая установленная электрическая мощность ветроэнергетических установок промышленного типа в мире сейчас достигла 11 ГВт и, вероятно, будет увеличиваться.

Геотермальная энергия Земли, обусловленная гравитационной динамикой и радиоактивным распадом в недрах, в целом оценивается мощностью около 32 ТВт. Если бы ее выход к поверхности земли был равномерным (т.е. составлял 0,063 Вт/м2), то она была бы непригодна для использования. Однако значительные ее выходы локализованы в районах вулканической активности, где концентрация подземного тепла во много раз больше. По результатам обследования таких районов, геотермальные ресурсы мира, в принципе доступные для использования, оценены в 140 ГВт. При этом имеются в виду только геотермальные выходы, а не нагретые скальные породы. Освоены эти ресурсы пока еще мало. Общая установленная мощность ГеоТЭС в мире не превышает 1,5 ГВт.

Солнечная энергия по сравнению с другими видами энергии обладает исключительными свойствами: практически неисчерпаема, экологически чиста, управляема, а по величине в тысячи раз превосходит всю энергию других источников, которые может использовать человечество. Потенциал эксплуатационного ресурса солнечной энергии оценивается по мощности от 100 до 500 ТВт. Из-за малой плотности этой энергии техносфера потребляет ничтожную ее часть. Некоторое количество используется в пассивной форме - для создания благоприятного теплового режима в системах закрытого грунта. Эта форма использования, а также совершенствование технических средств теплового аккумулирования солнечной энергии и тепловых насосов имеет очень большую перспективу. Однако гелиоэнергетиков больше интересуют способы концентрирования солнечной энергии и ее прямое преобразование в электроэнергию. При этом решающее значение имеют такие факторы, как энергетическая освещенность, площадь улавливания, КПД преобразования и эффективность аккумулирования. Технический потенциал использования солнечной энергии оценивается в 500 ГВт. Общая мощность систем прямого преобразования солнечной энергии в настоящее время достигала 4 ГВт, в том числе наземных фотоэлектрических преобразователей - 100 МВт.

Данные по гидроэнергетике включают мощности других возобновимых (альтернативных) источников энергии. 1 ГВт соответствует 1076,4 тыс. т у.т. в год

Рис. 5.6. Стриктура энергетического баланса техносферы в 1995 г. (ГВт)

 

Общая структура использования энергоресурсов современной техносферы представлена на рис. 5.6. Относительный вклад различных энергоносителей в общее использование энергии характеризуется такими средними величинами: уголь - 27%, нефть - 34%, газ - 17%, гидроэнергия - 6%, ядерная энергия - 8,5%, прочие источники - 7,5%.

Электроэнергетика занимает в настоящее время более 25% энергобаланса техносферы: 3520 ГВт идут на выработку электроэнергии и попутного тепла, причем более 55% теряется в процессе преобразования, а выработанные 1580 ГВт распределяются между электроэнергией и полезным теплом в' соотношении 2:1. Доля электроэнергии в конечном потреблении составляет 9,7%.

Остальная суммарная мощность сжигания топлив в различных процессах превышает 9,2 ТВт. Почти половина этой мощности обеспечивается нефтью и нефтепродуктами, на втором месте уголь (24%), затем следует газ (18%) и некоммерческое растительное топливо (10%). В конечном потреблении эксплуатационной мощности первое место занимает производство (46%), второе - коммунальное хозяйство вместе со сферами обслуживания, управления и коммерции (37%) и третье - транспорт (17%). Суммарный КПД энергетики техносферы равен 30%. Энергетическая мощность современной техносферы по величине приблизительно равна 6% продукционной мощности биосферы (по энергии первичной брутто-продукции) и обладает таким же КПД, но использует во много раз более концентрированные и «грязные» источники.

Усредненная глобальная картина складывается из очень различных энергетик разных стран и регионов. Диапазон различий плотности энергетических потоков (относительно площади или населения разных территорий, стран) очень велик: почти от 0 до 2 МВт/км2 (Бельгия) и от 0,5 до 18 МВт на человека (США). Обеспеченность энергией тесно коррелирует с уровнем жизни населения разных стран. Резко различается и качественная структура энергетик: от преобладания растительного сырья в топливном балансе до 65-процентной доли в балансе электроэнергии, получаемой в основном на ГЭС (Норвегия).

В XX в. технический прогресс сопровождался стремительным ростом энергоемкости различных нужд человека и в настоящее время в развитых странах, несмотря на идеологию и практику энергосбережения, люди буквально купаются в энергии. За 100 лет удельные затраты энергии на кондиционирование среды и приготовление пищи увеличились в 8-10 раз, на перемещение (1 человеке- или тонно-километр) - в 15-20 раз.

Известно, к каким глубоким изменениям в мировой экономике привели энергетический кризис 70-х годов и повышение цен на нефть. Резко изменилось отношение темпов прироста потребления энергии и валовых национальных продуктов (ВНП). С 1970 по 1985 г. энергоемкость ВНП США снизилась на 71%, Франции - на 70%, Великобритании - на 72%, Японии - на 78%. Это, однако, не означало снижения потребления энергии. Оно продолжало расти.

В этой исторической ситуации наша экономика оказалась менее эластичной: энергоемкость национального дохода СССР за тот же период снизилась только на 15%. В результате в середине 80-х годов на единицу национального дохода мы тратили топливных ресурсов в 4,5 раза больше, чем США, и в 6 раз больше, чем Япония. Правда, значительная часть этой разницы неизбежна и обусловлена климатическими условиями России - самой холодной из обитаемых стран. (Жесткость климата эффективной территории Финляндии, Норвегии, Исландии, Канады меньше, чем России).

Энергетика России по количественным параметрам достигла максимума в 1986 г. За последующие 10 лет большинство количественных показателей существенно снизились. В 1996 г. выработано 847 млрд кВт "ч электроэнергии и отпущено потребителям 1321 млрд Гкал тепловой энергии. В общем производстве первичных энергоресурсов доля газа составила 50%, нефти - 31%, угля - 13%, электроэнергии, выработанной на атомных и гидроэлектростанциях, - 6%. Хотя объем добычи ископаемого топлива снижается, оно продолжает играть решающую роль в производстве электрической и тепловой энергии.

Минеральные ресурсы. Только кислород, кремний и еще семь химических элементов составляют 99% массы континентальной земной коры. Средняя концентрация остальных элементов очень мала, но некоторые из них образуют скопления в виде рудных месторождений.

К распространенным металлам, необходимым в первую очередь для металлургии, относятся только алюминий, железо, магний, титан и марганец. Остальные металлы считаются геохимически редкими.

Важнейшим для экономики минеральным ресурсом является железная руда. Всего в мире ежегодно добывается около 1 млрд т железной руды. По добыче железной руды Россия занимает четвертое место после Китая, Бразилии и Австралии. Мировые разведанные запасы железной руды оцениваются примерно в 200 млрд т, которых хватит примерно на 200 лет. Рудное сырье добывается в основном двумя способами: открытым и подземным. Открытый способ экологически неприемлем: связан с образованием большого объема отходов пустой породы и нарушением огромных земельных площадей. Вообще функционирование металлургического комплекса сопряжено с образованием огромного объема отходов на всех стадиях - от сырья до готовой продукции.

Предприятия металлургии выплавляют около 1 млрд т различных металлов в год, и этой массе соответствует почти 7-кратное количество необогащенных руд, для добычи которых приходится извлекать еще на порядок большую массу горных пород и грунтов. К этому добавляется большая энергоемкость добывающих и металлургических производств.

 

Рис. 5.7. Выплавка стали в отдельных странах мира (млн т, 1995)

 

Во всем мире ежегодно выплавляется около 800 млн т стали (рис. 5.7). Россия производит около 7,5 % от мирового объема. Однако устаревшие технологии производства стали поставляют в окружающую среду огромное количество отходов. До сих пор в России 40% стали выплавляется в мартенах, тогда как в США - 3%, а в Великобритании, Франции, Италии, Японии, ФРГ этот способ вообще не применяется.

Распространенность редких металлов в земной коре настолько мала, что для рентабельной добычи необходимо многократное превышение их концентрации в месторождениях над средним содержанием. Для ряда редких металлов существует реальная опасность исчерпания наиболее рентабельных месторождений.

Техносфера играет роль мощного концентратора редких металлов в пространстве биосферы. Многие из этих элементов и их соединений являются сильными ядами.

Неметаллические полезные ископаемые и нерудное минеральное сырье составляет еще большую массу веществ и материалов, используемых в техносфере. Примерно 1/3 их составляет сырье для химической промышленности и производства минеральных удобрений, а 2/3 - строительные материалы.

Потребление минеральных удобрений, самых главных из них - фосфорных, калийных и азотных, применяемых обычно в соотношении 1:1,5:3, - неуклонно растет. За 30 лет с 1960 по 1990 гг. их мировое производство увеличилось в 5 раз - с 45 до 230 млн т в год. Источником фосфатов являются месторождения апатитов, фосфоритов и других фосфатных минералов, большая часть которых представляет собой преобразованные морские отложения. Меньшее количество концентрируется в апатитах изверженных горных пород, как у нас на Кольском полуострове. Распространенность фосфора в литосфере довольно велика: около 0,08%. Сумма разведанных мировых запасов фосфора близка к 45 млрд т. Из обогащенного апатита производится главное фосфорное удобрение - суперфосфат. Калий является широко распространенным элементом (1,7% в земной коре) и концентрируется в месторождениях калийных солей морского происхождения, в основном в виде хлорида кальция или в смеси с хлоридами натрия и магния. Эксплуатационные запасы калия превышают 60 млрд т. Ресурс азота практически неисчерпаем, поскольку для производства аммиака, а затем и других соединений используется азот воздуха.

Важным сырьем для ряда процессов крупнотоннажной химии, в частности для производства минеральных удобрений и пестицидов, является сера. Распространенность серы в земной коре равна 0,09%. Приблизительно 30% потребности в сере покрывается за счет месторождений самородной (элементарной) серы вулканического происхождения или скоплений, возникших в результате деятельности серобактерий. Эти запасы невелики по сравнению с темпом их исчерпания. Из других источников наиболее важны: природный газ с высоким содержанием H;S; сульфидные руды и колчеданы, из которых серу получают в качестве побочного продукта; огромны запасы сульфатов морского происхождения. Мировое производство серы из всех источников приближается к 70 млн т в год. Из других видов минерального сырья для неорганической химии важны большие запасы хлоридов и сульфатов натрия, магния и кальция, содержащиеся в скоплениях морских эвапоритов.

Строительные материалы - это самая большая по массе и объему группа веществ, извлекаемых для нужд техносферы. Часть из них используется в том виде, в каком добывается, подвергаясь лишь механической обработке. Это бутовый и дробленый строительный камень, песок, гравий. Вторую группу составляют материалы, подвергаемые химической и термической обработке, - глины для производства кирпича и керамики, известняки, доломиты, гипс и другие нерудные материалы для производства цемента, штукатурки, бетонов, стекла, а также слюда и асбест. Месторождения этих материалов широко распространены, запасы велики, ежегодная мировая добыча близка к 4 млрд т.

Россия обеспечивает себя практически всеми видами минеральных ресурсов. По минеральным ресурсам это самая богатая страна мира. Для большинства важнейших ископаемых существует высокий относительный уровень обеспеченности текущей добычи и высокая потенциальная ценность (табл. 5.7). Экологические аспекты использования минеральных ресурсов связаны с проблемами загрязнения окружающей среды и с его влиянием на экономику природопользования.

Таблица 5.7

Потенциальная ценность запасов полезных ископаемых России

Полезные ископаемые Потенциальная ценность, млрд долл.
Газ
Уголь и сланцы
Нефть и конденсат
Черные металлы
Цветные и редкие металлы
Благородные металлы и алмазы
Уран
Прочие полезные ископаемые
Всего

 


ГЛАВА VI. Техногенное загрязнение среды

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Указать виды техногенных загрязнений окружающей среды и масштабы глобального загрязнения. 2. Назвать основные источники техногенных эмиссии и указать относительный вклад промышленных отраслей в загрязнение среды. 3. Объяснить источники и механизмы таких явлений, как образование кислотных осадков, парниковый эффект, изменение климата, нарушение озонового слоя. 4. Указать главные источники загрязнения природных вод и поверхности земли. 5. Рассказать об основных проблемах радиационного загрязнения. 6. Охарактеризовать главные виды физического волнового загрязнения среды.

Техногенные эмиссии и воздействия

В предыдущей главе рассмотрены по существу две большие категории антропогенных воздействий: а) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов и б) изъятие природных ресурсов. Эта глава посвящена техногенному загрязнению экосферы и среды обитания человека. Техногенное загрязнение среды является наиболее очевидной и быстродействующей негативной причинной связью в системе экосферы: «экономика, производство, техника, среда». Оно обусловливает значительную часть природоемкости техносферы и приводит к деградации экологических систем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к поражениям людей. На предотвращение загрязнения природы и окружающей человека среды направлены основные усилия прикладной экологии.

Рис. 6.1. Классификация техногенных загрязнений окружающей среды

Классификация техногенных воздействий, обусловленных загрязнением среды, включает такие основные категории:

1. Материально-энергетические характеристики воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, акустические), химические, биологические факторы и агенты и их различные сочетания(рис. 6.1). В большинстве случаев в качестве таких агентов выступают эмиссии (т.е. испускания - выбросы, стоки, излучения и т.п.) различных технических источников.

2. Количественные характеристики воздействия: сила и степень опасности (интенсивность факторов и эффектов, массы, концентрации, характеристики типа «доза - эффект», токсичность, допустимость по экологическим и санитарно-гигиеническим нормам); пространственные масштабы, распространенность (локальные, региональные, глобальные).

3. Временные параметры и различия воздействий по характеру эффектов: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, обратимые и необратимые, актуальные и потенциальные; пороговость эффектов.

4. Категории объектов воздействия: различные живые реципиенты (т.е. способные воспринимать и реагировать) - люди, животные, растения; компоненты окружающей среды (среда поселений и помещений, природные ландшафты, поверхность земли, почва, водные объекты, атмосфера, околоземное пространство); изделия и сооружения.

В пределах каждой из этих категорий возможно определенное ранжирование экологической значимости факторов, характеристик и объектов. В целом по природе и масштабам актуальных воздействий наиболее существенны химические загрязнения, а самая большая потенциальная угроза связана с радиацией. Что касается объектов воздействия, то на первом месте, конечно же, стоит человек. В последнее время особую опасность представляет не только рост загрязнений, но и их суммарное влияние, часто превышающее по конечному эффекту простое суммирование последствий.

С экологической точки зрения, все продукты техносферы, не вовлекаемые в биотический круговорот, являются загрязнителями. Даже те, которые химически инертны, поскольку они занимают место и становятся балластом экотопов. Продукты производства также со временем становятся загрязнителями, представляя собой «отложенные отходы». В более узком значении, материальными загрязнителями - поллютантами (от лат. pollutio - марание) - считают отходы и продукты, которые могут оказывать более или менее специфическое негативное влияние на качество среды или непосредственно воздействовать на реципиентов. В зависимости от того, какая из сред - воздух, вода или земля - загрязняется теми или иными веществами, различают соответственно аэрополлютанты, гидрополлютанты и терраполлютанты.

Загрязнение окружающей среды относится к непреднамеренным, хотя и очевидным, легко осознаваемым экологическим нарушениям. Они выступают на первый план не только потому, что многие из них значительны, но и потому, что они трудно контролируются и чреваты непредвиденными эффектами. Некоторые из них, например, техногенная эмиссия СО2 или тепловое загрязнение, принципиально неизбежны, пока существует топливная энергетика.

Количественная оценка глобального загрязнения. Масштабы отходов глобального антропогенного материального баланса охарактеризованы в предыдущей главе. Напомним, что общая масса отходов современного человечества и продуктов техносферы составляет почти 160 Гт/год, из которых около 10 Гт образуют массу изделий, т.е. «отложенный отход».

Таким образом, в среднем на одного жителя планеты приходится около 26 т всех антропогенных эмиссии в год. 150 Гт отходов распределяются приблизительно следующим образом: 45 Гт (30%) выбрасываются в атмосферу, 15 Гт (10%) - сливаются со стоками в водоемы, 90 Гт (60%) попадают на поверхность земли.

Указанные объемы эмиссии настолько велики, что даже малые концентрации в них токсичных примесей могут составить в совокупности огромное количество. По различным экспертным оценкам, общая масса техногенных загрязнителей, относимых к разным классам опасности, составляет от 1J5 до 1/8 Гт в год. т.е. примерно 250-300 кг на каждого жителя Земли. Это и есть минимальная оценка глобального химического загрязнения.

Химизация техносферы достигла к настоящему времени таких масштабов, которые заметно влияют на геохимический облик всей экосферы. Общая масса производимых продуктов и химически активных отходов всей химической промышленности мира (вместе с сопутствующими производствами) превысила 1,5 Гт/год. Почти все это количество может быть отнесено к загрязнителям. Но дело не только в общей массе, но и в числе, разнообразии и токсичности множества производимых веществ. В мировой химической номенклатуре значится более 107 химических соединений; ежегодно их число возрастает на несколько тысяч. В заметных количествах производится и предлагается на рынке более 100 тысяч веществ, в массовых масштабах производится около 5 тысяч веществ. Однако подавляющее большинство производимых и используемых веществ не оценены с точки зрения их токсичности и экологической опасности.

Источники техногенных эмиссии подразделяются на организованные и неорганизованные, стационарные и подвижные. Организованные источники оборудованы специальными устройствами для направленного вывода эмиссии (трубы, вентиляционные шахты, сбросные каналы и желоба и т.п.);

эмиссии от неорганизованных источников произвольны. Источники различаются также по геометрическим характеристикам (точечные, линейные, площадные) и по режиму работы - непрерывному, периодическому, залповому.

Процессы и технологии. Источниками преобладающей части химического и теплового загрязнения являются термохимические процессы в энергетике - сжигание топлива и связанные с ним термические и химические процессы и утечки. Главные реакции, определяющие при этом эмиссию углекислого газа, паров воды и теплоты (Q):

Уголь: С + О2 ¾® СО2 и

Углеводороды: СnНm +(n + 0,25m) О2 ¾® nСО2 + (0,5m)Н2О,

где Q = 102,2 (n + 0,25m) + 44,4 (0,5 m) кДж/моль.

Попутные реакции, определяющие эмиссию других загрязнителей, связаны с содержанием в топливе различных примесей, с термоокислением азота воздуха и со вторичными реакциями, происходящими уже в окружающей среде. Все эти реакции сопровождают работу тепловых станций, промышленных печей, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных и реактивных двигателей, процессы металлургии, обжига минерального сырья. Наибольший вклад в энергетически зависимое загрязнение среды вносят теплоэнергетика и транспорт.

 

Рис. 6.2. Влияние теплоэлектростанции на окружающую среду

1 - котел; 2 - труба; 3 - паровая труба; 4 - электрогенератор;

5 - электроподстанция; 6 - конденсатор; 7 - водозабор для охлаждения конденсатора; 8 - водное питание котла; 9 - линия электопередачи;

10 - потребители электроэнергии; 11 - водоем

 

Общая картина воздействия теплоэлектростанции (ТЭС) на окружающую среду показана на рис. 6.2. При сжигании топлива вся его масса превращается в твердые, жидкие и газообразные отходы. Данные о выбросах главных загрязнителей воздуха при работе ТЭС приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт *час

Размах величин зависит от качества топлива и типа топочных агрегатов. Электростанция мощностью 1000 МВт, работающая на угле, при условии… Число двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в мире превысило 1 миллиард. Около… Рассмотрим обмен веществ «среднего» легкового автомобиля с карбюраторным двигателем при расходе горючего в смешанном…

Таблица 6.2

Состав отработавших газов автомобиля, % по объему

Металлургические процессы основаны на восстановлении металлов из руд, где они содержатся преимущественно в виде окислов или сульфидов, с помощью… (железо) Fe2O3 + 3С + O2.¾®2Fe + СО + 2СО2; (медь) Cu2S + О2 ¾® 2Cu + SO2;

Таблица 6.3

Газовые выбросы (до очистки) основных переделов черной металлургии (без коксохимического производства), в кг/т соответствующего продукта

Выбросы. Производство
Агломерационное Доменное Сталеплавильное Прокатное
Пыль 20-25 100- 110 13-32 0,1 - 0,2
СО 20-50 500-600 0,4 - 0,6 0.7*
SO2 3-25 0,2 - 0,3 4-35 0,4*
NOx     0,3-3 0,5*
H2S   10-60    

* кг/м поверхности металла

Цветная металлургия, несмотря на относительно меньшие материальные потоки производства, не уступает черной металлургии по совокупной токсичности эмиссии. Кроме большого количества твердых и жидких отходов, содержащих такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, ванадий, медь, хром, кадмий, таллий и др., выбрасывается и много аэрополлютантов. При металлургической переработке сульфидных руд и концентратов образуется большая масса диоксида серы. Так, около 95% всех вредных газовых выбросов Норильского горно-металлургического комбината приходится на SO2, а степень его утилизации на превышает 8%.

Технологии химической промышленности со всеми ее отраслями (базовая неорганическая химия, нефтегазохимия, лесохимия, оргсинтез, фармакологическая химия, микробиологическая промышленность и др.) содержат множество существенно незамкнутых материальных циклов. Основными источниками вредных эмиссии являются процессы производства неорганических кислот и щелочей, синтетического каучука, минеральных удобрений, ядохимикатов, пластмасс, красителей, растворителей, моющих средств, крекинг нефти. Список твердых, жидких и газообразных отходов химической промышленности огромен и по массе загрязнителей, и по их токсичности. В химическом комплексе РФ ежегодно образуется более 10 млн т вредных промышленных отходов.

Различные технологии в обрабатывающих отраслях промышленности, в первую очередь в машиностроении, включают большое число разнообразных термических, химических и механических процессов (литейное, кузнечно-прессовое, механообрабатывающее производства, сварка и резка металлов, сборка, гальваническая, лакокрасочная обработка и др.). Они дают большой объем вредных эмиссии, загрязняющих среду. Заметный вклад в общее загрязнение среды вносят также различные процессы, сопровождающие добычу и обогащение минерального сырья и строительство. Вклад различных отраслей промышленного производства в загрязнение среды отражен на рис. 6.3.

Сельское хозяйство и быт людей по собственным отходам - остаткам и продуктам жизнедеятельности растений, животных и человека - по существу не являются источниками загрязнения среды, так как эти продукты могут включаться в биотический круговорот. Но, во-первых, для современных агротехнологий и коммунального хозяйства характерен концентрированный сброс большей части отходов, что приводит к значительным локальным превышениям допустимых концентраций органики и таким явлениям, как эвтрофикация и заражение водоемов. Во-вторых, что еще серьезнее, сельское хозяйство и быт людей являются посредниками и участниками рассредоточения и распространения значительной части промышленных загрязнений в виде распределенных потоков эмиссии, остатков нефтепродуктов, удобрений, ядохимикатов и различных употребленных изделий, мусора - от туалетной бумаги до заброшенных ферм и городов.

Между всеми средами существует постоянный обмен частью загрязнителей: тяжелая часть аэрозолей, газодымовых и пылевых примесей из атмосферы выпадает на земную поверхность и в водоемы, часть твердых отходов с поверхности земли смывается в водоемы или рассеивается воздушными потоками. Загрязнение среды влияет на человека прямо или через биологическое звено (рис. 6.4). В техногенных потоках поллютантов ключевое место занимают транспортирующие среды - воздух и вода.

 

 

Рис. 6.3. Относительный вклад отраслей промышленности РФ в загрязнение среды, % (1996 г.)

А - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

Б - сбросы загрязненных сточных вод

Рис. 6.4. Схема влияний загрязнения среды

Загрязнение атмосферы

Наибольшая загрязненность атмосферы приурочена к индустриальным регионам. Около 90% выбросов приходятся на 10% территории суши и сосредоточены в…  

Таблица 6.4

Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей в мире и в России (млн т)

  Весь мup Россия
Стационарные источники Транспорт Стационарные источники Транспорт
Твердые частицы 6,4 3,7
Окись углерода 7,6 10,1
Диоксид серы 0,7 9,2  
Оксиды азота 3,0 1,1
Углеводороды 0,2 2,0

 

По данным государственного учета, суммарные выбросы загрязняющих веществ на территории РФ за 1991-1996 гг. уменьшились на 36,3 %, что является следствием падения производства. Но темп снижения выбросов меньше темпа спада производства, а в расчете на единицу ВНП выбросы в атмосферу сохраняются на одном уровне.

Более 200 городов России, население которых составляет 65 млн человек, испытывают постоянные превышения ПДК токсичных веществ. Жители 70 городов систематически сталкиваются с превышениями ПДК в 10 и более раз. Среди них такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Самара, Екатеринбург, Челябинск, Новосибирск, Омск, Кемерово, Хабаровск. В перечисленных городах основной вклад в общий объем выбросов вредных веществ приходится на долю автотранспорта, например, в Москве он составляет - 88%, в Санкт-Петербурге - 71 %. По валовым выбросам загрязняющих веществ в атмосферу лидирует Уральский экономический район. Наряду с этим Россия в целом не является основным поставщиком вредных выбросов в атмосферу, поскольку поток аэрополлютантов в расчете на одного жителя и на единицу площади страны значительно ниже, чем в США и странах Западной Европы. Зато они заметно выше в расчете на единицу ВНП. Это свидетельствует о высокой ресурсоемкости производства, устаревших технологиях и недостаточном применении средств очистки выбросов. Из 25 тысяч российских предприятий, загрязняющих атмосферу, лишь 38% оборудованы пылегазоочистными установками, из которых 20% не работают или работают неэффективно. Это одна из причин повышенных эмиссии некоторых малых по массе, но токсичных загрязнителей - углеводородов и тяжелых металлов.

Россия занимает невыгодное географическое положение по отношению к трансграничному переносу аэрополлютантов. В связи с преобладанием западных ветров значительную долю загрязнения воздушного бассейна Европейской территории России (ЕТР) дает аэрогенный перенос из стран Западной и Центральной Европы и ближнего зарубежья. Около 50% заграничных соединений серы и окислов азота на ЕТР поставляют Украина, Польша, ФРГ и другие страны Европы.

Для интегральной оценки состояния воздушного бассейна применяют индекс суммарного загрязнения атмосферы:

(6.1)

где qi - средняя за год концентрация в воздухе i-ro вещества;

Ai - коэффициент опасности i-ro вещества, обратный ПДК этого вещества: Ai = 1/ПДКi;

Сi - коэффициент, зависящий от класса опасности вещества: Сi равно 1,5; 1,3; 1,0 и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4-го классов опасности (краткие сведения о ПДК и классах опасности основных загрязнителей воздуха даны в приложении ПЗ).

Im является упрощенным показателем и рассчитывается обычно для т = 5 - наиболее значимых концентраций веществ, определяющих суммарное загрязнение воздуха. В эту пятерку чаще других попадают такие вещества, как бензопирен, формальдегид, фенол, аммиак, диоксид азота, сероуглерод, пыль. Индекс Im изменяется от долей единицы до 15-20 - чрезвычайно опасных уровней загрязнения. В 1996 г. в список городов с наибольшим уровнем загрязнений атмосферы (Im > 14) вошли 44 города России.

Земная атмосфера обладает способностью самоочищения от загрязняющих веществ, благодаря происходящим в ней физико-химическим и биологическим процессам. Однако мощность техногенных источников загрязнения возросла настолько, что в нижнем слое тропосферы наряду с локальным повышением концентрации некоторых газов и аэрозолей, происходят глобальные изменения. Человек вторгается в сбалансированный биотой круговорот веществ, резко увеличив выброс вредных веществ в атмосферу, но не обеспечив их вывод. Концентрация ряда антропогенных веществ в атмосфере (углекислый газ, метан, оксиды азота и др.) быстро растет. Это свидетельствует о том, что ассимиляционный потенциал биоты близок к исчерпанию.

Техногенные окислы серы и азота в атмосфере. Кислотные осадки. По ряду показателей, в первую очередь по массе и распространенности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы. Он образуется при окислении серы, содержащейся в топливе или в составе сульфидных руд. В связи с увеличением мощности высокотемпературных процессов, переводом многих ТЭС на газ и ростом парка автомобилей растут выбросы окислов азота, образующихся при окислении атмосферного азота. Поступление в атмосферу больших количеств SO2 и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот - серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:

2SO2 + О2 + 2Н2О ¾® 2H2SO4;

4NO2 + 2Н2O + О2 ¾®4HNO3.

В атмосфере оказывается и ряд промежуточных продуктов указанных реакций. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей». Показатель рН осадков в ряде случаев снижается на 2 - 2,5 единицы, т.е. вместо нормальных 5,6 - 5,7 до 3,2 - 3,7. Следует напомнить, что рН - это отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, и, следовательно, вода с рН = 3,7 в сто раз «кислее» воды с рН = 5,7. В промышленных районах и в зонах атмосферного заноса окислов серы и азота рН дождевой воды колеблется от 3 до 5. Кислотные осадки особенно опасны в районах с кислыми почвами и низкой буферностью природных вод. В Америке и Евразии это обширные территории севернее 55° с.ш. Техногенная кислота, помимо прямого негативного действия на растения, животных и микрофлору увеличивает подвижность и вымывание почвенных катионов, вытесняет из карбонатов и органики почвы углекислый газ, закисляет воду рек и озер. Это приводит к неблагоприятным изменениям в водных экосистемах. Природные комплексы Южной Канады и Северной Европы уже давно ощущают действие кислых осадков.

На больших пространствах наблюдается деградация хвойных лесов, беднеет фауна водоемов. В 70-х годах в реках и озерах Шотландии и Скандинавии начали гибнуть лосось и форель. Сходные явления происходят и в России, особенно на Северо-Западе, на Урале и в районе Норильска, где громадные площади тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за сернистых выбросов Норильского комбината.

Нарушение озонового слоя. В 70-х годах появились сообщения о региональных снижениях содержания озона в стратосфере. Особенно заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарктидой площадью более 10 млн км2, где содержание О2 за 80-е годы уменьшилось почти на 50%. Позднее «блуждающие озоновые дыры», правда, меньшие по размеру и не с таким значительным снижением, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном полушарии, в зонах стойких антициклонов - над Гренландией, Северной Канадой и Якутией. Средняя скорость глобального уменьшения за период с 1980 по 1995 г. оценена в 0,5-0,7% в год.

Поскольку ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей, эти данные привлекли пристальное внимание ученых, а затем и всего общества. Был высказан ряд гипотез о причинах нарушения озонового слоя. Большинство специалистов склоняется к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией

О + О2 ¾® О3.

 

Рис. 6.5. Мировое производство хлорфторуглеродов

 

 

Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосредован летучими хлорфторуглеродами (ХФУ) типа фреонов (смешанные фторохлориды метана и этана, например, фреон-12 - дихлордифторметан, CF2CI2), которые, будучи в обычных условиях инертными и нетоксичными, под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей в стратосфере распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить или помешать образованию множества молекул озона. Хлорфторуглероды обладают рядом полезных свойств, обусловивших широкое их применение в холодильных установках, кондиционерах, аэрозольных баллончиках, огнетушителях и т.д. С 1950 г. объем мирового производства

 

Рис. 6.6. Данные по глобальному потеплению:

А - отклонения от среднего значения температуры приземного воздуха в XX веке и прогноз,

Б - глобальная тенденция средней температуры во второй половине столетия

 

ХФУ ежегодно возрастал на 7 - 10 % (рис. 6.5) и в 80-х годах составил около 1 млн т. В последующем были приняты международные соглашения, обязывающие стран-участниц сократить использование ХФУ. США еще в 1978 г. ввели запрет на использование ХФУ-аэрозолей. Но расширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового производства. Переход промышленности к новым озоносберегающим технологиям связан с большими финансовыми затратами. В последние десятилетия появились и другие, чисто технические пути заноса активных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в атмосфере, выбросы сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и космических кораблей многоразового использования. Не исключено, однако, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана Земли связана не с техногенными выбросами, а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.

Парниковый эффект и изменения климата. Техногенное загрязнение атмосферы в определенной степени связано с изменениями климата. Речь идет не только о вполне очевидной зависимости мезоклимата промышленных центров и их окрестностей от теплового, пылевого и химического загрязнения воздуха, но и о глобальном климате.

С конца XIX в. по настоящее время наблюдается тенденция повышения средней температуры атмосферы (рис. 6.6); за последние 50 лет она повысилась приблизительно на 0,7°С. Это отнюдь не мало, если учесть, что при этом валовое увеличение внутренней энергии атмосферы очень велико - порядка 3000 ЭДж. Оно не связано с увеличением солнечной постоянной и зависит только от свойств самой атмосферы. Главным фактором является уменьшение спектральной прозрачности атмосферы для длинноволнового обратного излучения от поверхности земли, т.е. усиление парникового эффекта. Парниковый эффект создается увеличением концентрации ряда газов – СО2, СО, СН4, NOx, ХФУ и др., названных парниковыми газами. По данным, обобщенным в последнее время Международной группой экспертов по проблеме изменения климата (МГЭИК), существует довольно высокая положительная корреляция между концентрацией парниковых газов и отклонениями глобальной температуры атмосферы. В настоящее время значительная часть эмиссии парниковых газов имеет техногенное происхождение. Динамика их средних концентраций за последние 200 лет отражена на рис. 6.7.

Тенденции глобального потепления придается очень большое значение. Вопрос о том, произойдет оно или нет, уже не стоит. По оценкам экспертов Всемирной метеорологической службы, при существующем уровне выбросов парниковых газов средняя глобальная температура в следующем столетии будет повышаться со скоростью 0,25°С за 10 лет. Ее рост к концу XXI в., по разным сценариям, (в зависимости от принятия тех или иных мер) может составить от 1,5 до 4°С. В северных и средних широтах потепление скажется сильнее, чем на экваторе. Казалось бы, такое повышение температуры не должно вызывать особого беспокойства. Более того, возможное потепление в странах с холодным климатом, как, например, Россия, представляется чуть ли не желанным. На самом деле последствия изменения климата могут иметь катастрофический характер. Глобальное потепление вызовет существенное перераспределение осадков на планете. Уровень Мирового океана за счет таяния льдов может повыситься к 2050 г. на 30 - 40 см, а к концу столетия - от 60 до 100 см. Это создаст угрозу затопления значительных прибрежных территорий.

 

Рис. 6.7. Изменения концентрации парниковых газов с начала промышленной революции по настоящее время

CFC-11 - фреоны, хлорфторуглероды

 

Для территории России общая тенденция изменения климата характеризуется слабым потеплением, среднегодовая температура воздуха с 1891 по 1994 гг. повысилась на 0,56°С. За период инструментальных наблюдений самыми теплыми были последние 15 лет, а максимально теплым оказался 1999 г. В последние три десятилетия заметна также тенденция к уменьшению осадков. Одним из тревожных для России последствий изменения климата может стать деструкция мерзлых грунтов. Повышение температуры в зоне вечной мерзлоты на 2-3° приведет к изменению несущих свойств грунтов, что поставит под угрозу различные сооружения и коммуникации. Кроме того, содержащиеся в вечной мерзлоте запасы СО2 и метана из оттаявших грунтов начнут поступать в атмосферу, усугубляя парниковый эффект.

Наряду с подобными прогнозами существуют и определенные сомнения во всецело техногенной обусловленности климатических изменений. Они основаны, в частности, на том, что изменение глобальной температуры в промышленную эпоху все же не выходит за пределы диапазона естественных вековых колебаний температуры в прошлом, тогда как эмиссия парниковых газов намного превзошла естественные изменения.

Загрязнение природных вод

Состав, количество и опасность гидрополлютантов. Основной причиной современной деградации природных вод Земли является антропогенное загрязнение.… § сточные воды промышленных предприятий; § сточные воды коммунального хозяйства городов и других населенных пунктов;

Таблица 6.5

Ориентировочные количества массовых загрязнителей океана и континентальных вод планеты

Группа веществ Млн т/год
Затонувшие суда, плавающий и погруженный мусор
Взвешенные вещества техногенного происхождения
Растворенные неорганические вещества
В том числе  
минеральные удобрения
соли тяжелых металлов
Синтетические органические вещества
В том числе  
моющие средства, СПАВ
фенолы и другие циклические углеводороды
пестициды
Биогенная органика
Нефтепродукты  
Аэрогенные выпадения техногенной природы

 

Загрязнение вод России. В отличие от загрязнения атмосферы, где основное внимание обращается на глобальные характеристики, для загрязнения природных вод наибольший интерес представляют региональные, бассейновые особенности. По существующей санитарной классификации сточные воды в зависимости от степени загрязнения подразделяют на нормативно чистые (они не проходят очистки), нормативно-очищенные и загрязненные.

В РФ на одного человека образуется примерно в 1,5 раза больше хозяйственных стоков, чем в среднем в мире. В 1996 г. в поверхностные водные объекты было сброшено 58,9 км3 сточных вод. Около 38% (22,4 км3) сточных вод отнесены к категории загрязненных. С ними сброшено в водоемы свыше 700 тыс. тонн загрязнителей: нефтепродуктов - 9,3, взвешенных веществ - 619, фосфора - 32, СПАВ - 4, соединений меди - 0,2, железа и цинка - 19,7, фенола - 0,1 тыс. т. Реальная масса загрязнителей, поступающих в водоемы, значительно больше, поскольку в приведенных данных не учтены атмосферные выпадения загрязняющих веществ, смыв органики и ядохимикатов с сельскохозяйственных угодий и др. Основной объем сброшен предприятиями промышленности (33%) и коммунального хозяйства (61%). Объем нормативно-очищенных стоков составляет 10% от всех вод, требующих очистки, что является следствием низкой эффективности работы имеющихся очистных сооружений. Вклад различных отраслей промышленности в общий сброс загрязненных стоков отражен на рис. 6.3.

Качество воды в большинстве водных объектов России не отвечает нормативным требованиям. Ежегодно растет число створов с высоким уровнем загрязнения (более 10 ПДК), есть случаи экстремально высокого загрязнения (более 100 ПДК). Учет сброса сточных вод и система их оценки пока не упорядочены. Так, коллекторно-дренажные воды с орошаемых земель условно относятся к категории нормативно чистых, хотя обычно они загрязнены ядохимикатами, соединениями азота и фосфора. Для достижения нормального качества такие условно «чистые» воды требуют разбавления в 10-50 раз.

Существенная доля хозяйственно-питьевого водоснабжения базируется на подземных водах. Хотя они лучше защищены от проникновения поллютантов, но также подвергаются техногенному воздействию из-за загрязнения почвы и наземных водотоков. Оно происходит в первую очередь вокруг крупных промышленных центров, а также в районах интенсивного земледелия с применением химических удобрений, пестицидов и в местах расположения крупных животноводческих комплексов. На территории России выявлено около 1400 очагов загрязнения подземных вод, 80 % которых находится в европейской части.

Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения в Российской Федерации не может гарантировать требуемого качества питьевой воды. В 19% г. 75% исследованных проб были нестандартны по вкусовым качествам, 23% проб не отвечали гигиеническим требованиям по химическим и 11,4% - по микробиологическим показателям. В целом почти половина жителей страны потребляет недоброкачественную воду.

Приведенные данные свидетельствуют, что масштабы и темпы загрязнения гидросферы намного выше, чем других природных сред. Обостряющаяся водохозяйственная обстановка в России из-за сброса загрязненных стоков в водные объекты и нерационального использования воды наносит огромный экономический ущерб. Нарастающая деградация природных вод требует решительных действий и специальных целевых программ по их спасению.

Бассейны. Существенной географической особенностью загрязнения рек России является то, что основные промышленные районы и наибольшая концентрация населения приурочены главным образом к верховьям водосборных бассейнов (Центр, бассейн Камы, Среднее Поволжье, Урал, Кузбасс, верхние течения Оби, Енисея, Ангары). Поэтому главные реки России - Волга, Дон, Кубань, Обь, Енисей, Лена, Печора - в той или иной мере загрязнены на всем протяжении и оцениваются как загрязненные, а их крупные притоки - Ока, Кама, Томь, Иртыш, Тобол, Исеть, Тура - относятся к категории сильно загрязненных. Несмотря на уменьшение сброса сточных вод, связанное со спадом производства, наблюдается рост загрязнения рек.

Очень серьезные экологические проблемы возникли в бассейне Волги. Ее сток составляет только 5% от суммарного речного стока РФ. В то же время на хозяйственные нужды из Волги ежегодно забирается более 30 км3 свежей воды, т.е. треть всего водозабора России. А взамен река получает 19 км3 стоков - 39% от общего объема загрязненных сточных вод, образующихся на территории страны. От городов и промышленных предприятий, расположенных на берегах Волги и ее притоков, ежегодно в реку, а затем и в Каспий поступают сотни тысяч тонн нефтепродуктов, взвешенных веществ, сульфатов, органики, аммонийного азота, нитратов и нитритов, соединений тяжелых металлов и других загрязнителей.

Исследования, проведенные в бассейне Волги, показали, что две трети веществ, поступающих со сточными водами промышленных предприятий, «проскакивают» через городские очистные сооружения и остаются в воде. Смесь «очищенных» таким образом промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод для ликвидации токсичности требует разбавления в 50-200 раз. Следовательно, для разбавления поступающих ежегодно в Волгу 19 км3 сточных вод требуется от 950 до 3800 км3 чистой воды, а среднегодовой сток Волги равен всего 254 км3.

Загрязнение морей. Угрожающие размеры принимает загрязнение морей и всего Мирового океана, которому в условиях современной цивилизации отведена роль гигантской мусорной свалки. Реки выносят большую часть поступающих в них стоков в моря. В составе речного стока и атмосферных выпадений в разные части океана попадает 100 млн т тяжелых металлов. Почти 70% загрязнений морской среды связано с наземными источниками, поставляющими промышленные стоки, мусор, химикаты, пластмассы, нефтепродукты, радиоактивные отходы. К числу наиболее опасных загрязнителей морей относятся нефть и нефтепродукты. Общее загрязнение ими Мирового океана превысило 6 млн т в год, причем из всех источников вклад судоходства (включая аварии танкеров) стал уже выше поступления с материковым стоком: соответственно 35% и 31%. Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой порядка 12 км2 водной поверхности. По оценкам специалистов, нефтью уже загрязнена 1/5 акватории Мирового океана. Нефтяная пленка приводит к гибели живых организмов, млекопитающих и птиц, нарушает процессы фотосинтеза и, следовательно, газообмен между гидросферой и атмосферой.

Все внутренние моря Российской Федерации испытывают интенсивную антропогенную нагрузку, как на самой акватории, так и в результате техногенного воздействия на водосборном бассейне. К охарактеризованному выше стоку загрязненной волжской воды в Каспийское море добавляется непосредственное его загрязнение морским нефтепромыслом. Концентрация нефтепродуктов и фенолов в акваториях северного и восточного Каспия составляет 4-6 ПДК, а у берегов Азербайджана - 10-16 ПДК! Нефтепродуктами сильно загрязнены все европейские моря - Средиземное, Северное, Балтийское.

Степень загрязнения морской воды принято характеризовать классом качества с 1 по 7 с соответствующей оценкой от «очень чистая» до «чрезвычайно грязная». Морские воды Черноморского побережья от Анапы до Сочи характеризуются как загрязненные (IV класс) и умеренно

загрязненные (III класс). Воды восточной части Финского залива Балтийского моря относятся к грязным (V класс) и очень грязным (VI класс). Во многих морях превышены ПДК нефтяных углеводородов, фенолов, аммонийного азота, пестицидов, СПАВ, ртути. Особую озабоченность вызывает захоронение радиоактивных отходов в северных морях.

Загрязнение земли

Твердые и опасные отходы: количественные характеристики.

Каждой тонне мусора на стадии потребления соответствует от 5 до 10 т отходов на стадии производства и 50-100 т при получении сырья. На каждого… С экоцентристской точки зрения, вся масса отходов опасна. Но для человека… В качестве показателя степени загрязнения почв применяется коэффициент концентрации загрязнения почвы (ККЗ),…

Загрязнение территорий особо опасными токсикантами.

Ежегодно в мире производится около 500 млн т опасных отходов. Ими загрязняются значительные земельные площади и водоемы. Общая площадь земель… По данным аэрокосмической съемки, ареалы распространения техногенных выбросов… Опасные отходы называют «бомбой замедленного действия» в силу их кумулятивного воздействия на окружающую среду. При их…

Радиационное загрязнение

Фон обусловлен рассеянной радиоактивностью земной коры, проникающим космическим излучением, потреблением с пищей биогенных радионуклидов и составлял… Указанный уровень фона был характерен для доиндустриальной эпохи и в настоящее… § технические источники проникающей радиации (медицинская диагностическая и терапевтическая аппаратура, радиационная…

Радиационная обстановка на территории России и стран СНГ.

Совокупность обстоятельств, связанных с радиационным загрязнением привела к значительному пересмотру нормативных доз облучения. На рис. 6.8… ПО «Маяк». Самое крупное из известных сейчас скоплений радионуклидов находится…

Таблица 6.6

Основные источники излучений и средняя обучаемость населения стран СНГ(А.С. Кривохатский, 1993)

Источники излучений Средняя ЭЭД, мЗв/год
Естественный и техногенно измененный фон 2,37
в том числе:  
космическое излучение 0,32
природные радионуклиды 2,05
в том числе:  
при внутреннем облучении 0,37
при внешнем облучениии 1,68
в том числе:  
радон 1.20
другие радионуклиды 0,48
Техногенные источники  
в том числе:  
медицинского назначения 1,69
угольная энергетика 0,02
ядерная энергетика 0,002
авария на ЧАЭС 0,024
ядерные испытания 0,02
профессиональное облучение 0,006
прочие источники 0,05
Итого: 4,2

 

В 1957 г. в результате теплового взрыва емкости с РАО произошел мощный выброс радионуклидов (церий-144, цирконий-95, стронций-90, цезий-137 и др.) с суммарной активностью 2 млн Ки. Возник «Восточно-Уральский радиоактивный след» длиной до 110 км (в результате последующей миграции - даже до 400 км) и шириной до 35-50км.Общая площадь загрязненной территории, ограниченной изолинией 0,1 Ки/км2 по стронцию-90, составила 23 тыс. км2. Около 10 тыс. человек из 19 населенных пунктов в зоне наиболее сильного загрязнения с большой задержкой были эвакуированы и переселены.

Зона радиационного загрязнения на Южном Урале расширилась вследствие ветрового разноса радиоактивных аэрозолей с пересохшей части технологического водоема №9 ПО «Маяк» (оз. Карачай) в 1967 г. В настоящее время в этом резервуаре находится около 120 млн Ки активности, преимущественно за счет стронция-90 и цезия-137. Под озером сформировалась линза загрязненных подземных около 4 млн м3 и площадью 10 км2. Существует опасность проникновения загрязненных вод в другие водоносные горизонты и выноса радионуклидов в речную сеть.

Рис. 6.8. Сравнительная шкала доз облучения населения стран СНГ и рекомендуемых дозовых пределов

 

По данным радиационного мониторинга, выпадения цезия-137 из атмосферы в районах, расположенных в зоне влияния ПО «Маяк», в течение 1996 г. были в 30-100 раз больше, чем в среднем по стране. Высоким остается и уровень загрязнения местности цезием-137 в пойме р. Теча, на некоторых участках регистрируются повышенные уровни мощности дозы гамма-излучения, превышающие 1000 мкР/ч. Концентрации стронция-90 в речной воде и в донных отложениях в 100-1000 раз превышают фоновые значения. В каскаде промышленных водоемов в верховьях р. Течи накоплено 350 млн м3 загрязненной воды, являющейся по сути низкоактивными отходами. Суммарная активность твердых и жидких РАО, накопленных в ходе деятельности ПО «Маяк», достигает 1 млрд Ки. Сосредоточение огромного количества РАО, загрязнение поверхностных водоемов, возможность проникновения загрязненных подземных вод в открытую гидрографическую систему Обского бассейна создают исключительно высокую степень радиационного риска на Южном Урале.

Чернобыль. Не только нынешнее, но и последующие поколения будут помнить Чернобыль и ощущать последствия этой катастрофы. В результате взрывов и пожара при аварии на четвертом энергоблоке ЧАЭС с 26 апреля по 10 мая 1986 г. из разрушенного реактора было выброшено примерно 7,5 т ядерного топлива и продуктов деления с суммарной активностью около 50 млн Ки. По количеству долгоживущих радионуклидов этот выброс соответствует 500-600 Хиросимам.

Из-за того, что выброс радионуклидов происходил более 10 суток при меняющихся метеоусловиях, зона основного загрязнения имеет веерный, пятнистый характер. Кроме 30-километровой зоны, на которую пришлась большая часть выброса, в разных местах в радиусе до 250 км были выявлены участки, где загрязнение достигло 200 Ки/км2. Общая площадь «пятен» с активностью более 40 Ки/км2 составила около 3,5 тыс. км2, где в момент аварии проживало 190 тыс. человек. Всего радиоактивным выбросом ЧАЭС в разной степени было загрязнено 80% территории Белоруссии, вся северная часть Правобережной Украины и 19 областей России. В целом по РФ загрязнение, обусловленное аварией на ЧАЭС, с плотностью 1 Ки/км2 и выше, охватывает более 57 тыс. км2, что составляет 1,6% площади ЕТР (табл. 6.7). Следы Чернобыля обнаружены в большинстве стран Европы, а также в Японии, на Филиппинах, в Канаде. Катастрофа приобрела глобальный характер.

И сегодня, через 15 лет после чернобыльской трагедии, существуют противоречивые оценки ее поражающего действия и причиненного экономического ущерба. Согласно опубликованным данным, из 400 тыс. человек, участвовавших в ликвидации последствий аварии, более 10 тыс. ликвидаторов умерли, 30 тыс. стали инвалидами. Полмиллиона человек до сих пор проживает на загрязненных территориях. Точных данных о количестве облученных и полученных дозах нет. Нет и однозначных прогнозов о возможных генетических последствиях. Подтверждается тезис об опасности длительного воздействия на организм малых доз радиации. В районах, подвергшихся радиоактивному заражению, неуклонно растет число онкологических заболеваний, особенно выражен рост рака щитовидной железы у детей.

Таблица 6.7

Площади областей и республик России, загрязненных цезием-13 7 (по состоянию на январь 1995 г.)

Области, республики Общая площадь области, республики, тыс. км2 Площадь загрязнения цезием-137,. км2
Ки/км2
1-5 5-15 15-40 >40
Белгородская 27,1      
Брянская 34,9
Воронежская 52,4      
Калужская 29,9    
Курская 29,8      
Липецкая 24,1      
Ленинградская 85..9      
Нижегородская 74,8      
Орловская 24,7    
Пензенская 43,2      
Рязанская 39,6      
Саратовская 100,2      
Смоленская 49,8      
Тамбовская 34,3      
Тульская 25,7    
Ульяновская 37,3      
Мордовия 26,2      
Татарстан 68,0      
Чувашия 18,0      
  Итого  

 

Другие объекты. Проблема радиоактивных отходов. Большое сосредоточение радиоактивных материалов находится на Севере Европейской территории России вблизи баз Северного флота (районы Мурманска и Архангельска) и на Новой Земле. Суммарная количественная оценка этих скоплений отсутствует. Подвергается опасности радиоактивного загрязнения весь Арктический регион России. Здесь эксплуатируется более 170 ядерных энергоблоков, базируется самый мощный в мире атомный ледокольный флот, расположен полигон испытаний ядерного оружия, производятся подземные ядерные взрывы в мирных целях. Обоснованные опасения вызывают не санкционированные на международном уровне захоронения РАО на дне морей, а также затонувшие корабли с ядерными реакторами и ядерным оружием на борту. Количество РАО, затопленных в морях региона, составляет 2/3 от активности всех отходов, захороненных в Мировом океане.

На территории России действуют 9 АЭС с реакторами РБМК (чернобыльского типа) и ВВЭР. Проверки, производимые по стандартам международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), показывают, что станции находятся в удовлетворительном состоянии. Однако специалисты считают, что в ближайшие годы может начаться остановка реакторов, поскольку многие из них уже исчерпали значительную часть своего ресурса. Каждый год на АЭС и других радиационно-опасных объектах случаются инциденты, которые квалифицируются по международной шкале аварий и событий, в основном, как «происшествия» (незначительные, средней тяжести, серьезные).

Одна из наиболее острых экологических проблем в стране - проблема радиоактивных отходов. Об истинных ее масштабах стало известно в 1993 г., когда был составлен государственный регистр мест и объектов добычи, переработки, использования, хранения и захоронения радиоактивных веществ, РАО, источников ионизирующих излучений. Только на предприятиях Минатома России (ПО «Маяк», Сибирский химический комбинат, Красноярский горно-химический комбинат) сосредоточено 600 млн м3 РАО с суммарной активностью 1,5 млрд Ки. На АЭС хранятся 140 тыс. м3 жидких и 8 тыс. м3 отвержденных отходов общей активностью 31 тыс. Ки, а также 120 тыс. м3 излучающих твердых отходов (оборудование, строительный мусор). Ни одна АЭС не имеет полного комплекта установок для подготовки отходов к захоронению. Поставщиками РАО являются также Военно-морской флот (ВМФ), атомный ледокольный флот, судостроительная промышленность, предприятия неядерного цикла (НИИ, промышленные предприятия, медицинские учреждения, учебные заведения).

Наиболее сложная технологическая стадия ядерного топливного цикла - переработка отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и захоронение РАО. На предприятиях Минатома, Минтранса и ВМФ России хранится 7800 т ОЯТ с общей активностью 3,9 млрд Ки. ОЯТ АЭС с реакторами типа РБМК в настоящее время не перерабатывается, а ОЯТ от реакторов ВВЭР транспортируется в специальное хранилище с перспективой последующей переработки на строящемся заводе РТ-2 Горно-химического комбината в г. Железногорске Красноярского края. Однако строительство этого завода вызывает протесты экологической общественности, поскольку существующая технология регенерации ОЯТ связана с образованием большого количества жидких РАО разной степени активности. Наибольшие возражения вызывают предложения о приеме ОЯТ с зарубежных АЭС для временного хранения с целью последующей переработки.

На большей части территории Российской Федерации мощность дозы гамма-излучения на местности соответствует фоновым значениям и колеблется в пределах 10-20 мкР/ч. В результате радиационного обследования городов и населенных пунктов страны выявлены сотни участков локального радиоактивного загрязнения, характеризующихся мощностью дозы от десятков мкР/ч до десятков мР/ч. На этих участках находят утерянные, выброшенные или произвольно захороненные источники ионизирующих излучений различного назначения, изделия со светосоставом, технологические отходы производств и содержащие радионуклиды стройматериалы. Эти загрязнения повышают риск для населения получить опасную дозу облучения в самом неожиданном месте, в том числе и в собственном доме, когда, например, строительные панели становятся источником ионизирующего излучения.

Физическое волновое загрязнение среды

Вибрация. Под вибрацией понимают малые механические колебания низкой частоты, возникающие в телах под воздействием переменного физического поля.…   или (6.4)

Таблица 6.8

Сравнительная оценка шумовых воздействий

Источник шума и расстояние от него Примерный уровень звука, дБА Эффект длительного воздействия
Выстрел из оружия (на близком расстоянии) Контузия
Старт космической ракеты (100 м) Разрыв барабанных перепонок
Взлет реактивного самолета (25 м) Болевой порог
Наушники на максимальной громкости  
Раскаты грома, рок-музыка Потеря слуха, физиологические изменения
Шумное производство (клепка)  
Автомобильный гудок (1м), воздушный транс порт (под трассой), компрессорная станция Риск повреждения слуха, функциональные нарушения
Городская автомагистраль (7,5 м), железнодорожный транспорт (20 м)  
Звон будильника (1 м), шум легкового автомобиля (7,5 м)  
Салон автомобиля, пылесос, шумный офис Раздражающее действие
Машинописное бюро, обычный офис Интенсивное воздействие на слух
Разговор в жилой комнате Слабое воздействие на слух
Библиотека, учебная аудитория Естественный шумовой фон
Комната в тихой квартире, сельская местность (в ночное время)  
Шепот, шелест листьев  
Дыхание  
  Порог слышимости

 

Радиотелевизионные передающие центры, излучающие в окружающую среду волны особо высокочастотных диапазонов, создают зоны с повышенными уровнями ЭМП. Широкое использование современных систем навигационного и радиотехнического оборудования (мощных радиолокаторов, направленных антенн кругового обзора и т.п.) привело на территориях аэропортов и их окрестностях к превышению допустимых уровней электромагнитных излучений сверхвысоких частот и созданию на местности зон большой протяженности с высокой плотностью потока энергии. Установлено также влияние на организм человека электромагнитных излучений, источниками которых служат бытовые электроприборы (телевизоры, дисплеи, микроволновые печи и др.). Так, например, при работе фена магнитная индукция на расстоянии 3 см равна 2000 мкТ, электробритвы - 1500 мкТ, тогда как естественный геомагнитный фон составляет 30-60 мкТ.

Электромагнитные колебания характеризуются длиной волны. \ (м), частотой колебаний f (Гц) и скоростью распространения колебаний V (м/с), которые связаны соотношением

V = lf

В зависимости от частоты колебаний (длины волны) электромагнитные излучения радиочастот разделяют на ряд диапазонов (НЧ, ВЧ, СЧ и т.д.). Переменное ЭМП является совокупностью двух взаимосвязанных полей - электрического и магнитного, которые характеризуются соответствующими векторами напряженности Е (В/м) и Н (А/м). ЭМП несет энергию, определяемую плотностью потока энергии (ППЭ), которая выражается в Вт/м2. У источников ЭМП различают две зоны: ближнюю (зону индукции) и дальнюю (волновую, или зону излучения). Ближняя зона ограничена расстоянием г $ Х/6, где ЭМП еще не сформировалось. В этой зоне электромагнитная составляющая напряженности выражена слабо, поэтому ЭМП оценивается обычно электрической составляющей напряженности поля Е (В/м). В дальней зоне на расстоянии г > \/б ЭМП сформировалось и оценивается ППЭ (Вт/м2).

Биологическое действие ЭМП зависит от интенсивности воздействия частоты, продолжительности и режима облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), размеров облучаемой поверхности тела и индивидуальных особенностей организма. Гигиеническими нормами регламентируются в зависимости от частотного диапазона электромагнитного излучения значения Е, Н или ППЭ.

 

 


ГЛАВА VII. Техногенные поражения и экологическая безопасность

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Назвать основные типы экологических поражений и их территориальных проявлений. 2. Привести примеры экологических поражений, вызванных хозяйственной деятельностью. 3. Охарактеризовать зависимость здоровья населения от качества окружающей среды. 4. Дать определение экологической безопасности и описать процедуру управления экологическим риском. 5. Назвать и объяснить критерии экологической безопасности для территориальных комплексов, экосистем и человека.

Техногенные поражения

Чрезвычайные ситуации (ЧС) с точки зрения их происхождения подразделяются на: § природные (опасные природные явления и стихийные бедствия: землетрясения,… § техногенные (промышленные, транспортные и коммуникационные аварии, обрушения зданий и сооружений, обвалы, взрывы,…

Таблица 7.1

Динамика ЧС на территории РФ*

Показатели 1991 г. 1992 г. 1993 г. 1994 г. 1995 г. 1996 г. 1997 г.
Общее число ЧС
в том числе:              
техногенного характера
природного характера
биолого-социального характера ... ...
Пострадало чел. 25 тыс. 6,8 тыс. 8 тыс. 51 тыс. 57 тыс.
Погибло чел.
Материальный ущерб, млрд руб**     ... 987,3

 

* По данным источников: «Катастрофы и государство», 1997 г.; Государственные доклады о состоянии защиты населения и территорий РФ от ЧС, 1996-1997 гг.

** В текущих ценах

Экологические поражения, вызванные хозяйственной деятельностью, совсем не обязательно связаны с авариями и катастрофами. Они могут быть результатом неполного или ошибочного учета экологических слагаемых любой территориальной деятельности. Такие просчеты встречаются очень часто. Главные из них:

§ значительное превышение предельно допустимой техногенной нагрузки на территорию;

§ неправильное размещение хозяйственных объектов, при котором экономическая эффективность рассчитывается без учета экологических параметров территории;

§ ошибочная оценка экологических последствий антропогенного преобразования природных ландшафтов.

Эти обстоятельства тесно взаимосвязаны. Они становятся источником возникновения кризисных зон, где происходит хроническое нарушение качества окружающей среды и возрастает вероятность экологического поражения. Такие зоны могут охватывать большие территории в десятки тысяч квадратных километров или ограничиваться дефектами в функционально-планировочной и отраслевой структуре какого-нибудь промышленного центра.

Примерами масштабных экологических поражений, связанных с неправильной хозяйственной деятельностью, могут быть глубокие нарушения эколого-экономических и социально-экологических условий на территориях и акваториях крупных бассейнов.

Азовское море еще 50 лет назад было одним из самых богатых в мире по рыбопродуктивности: с 1 км2 акватории вылавливали в год до 10 т рыбы, причем больше половины - ценных и деликатесных видов. Этому способствовали своеобразные гидрологические и гидробиологические особенности моря - мелководность и хорошая прогреваемость, значительная замкнутость, большой приток материковых вод со стоком Дона и Кубани, создававший низкую соленость и высокую обеспеченность биогенами. Но в 1952 г. Дон был перекрыт Цимлянской плотиной, а спустя 20 лет у Краснодара была зарегулирована Кубань. В низовьях обеих рек возникли мощные системы орошения с интенсивной агротехникой, на Кубани - рисосеяние. Быстро нарастало применение пестицидов. Росла и промышленность Приазовья. В результате оказался сильно нарушенным естественный режим Азовского моря: на 40% уменьшился материковый сток, в полтора раза возросла соленость, загрязнение бассейна сточными водами дренажных систем и промышленности многократно превысило допустимые рыбохозяйственные нормы, резко сократилась площадь нерестилищ, большое количество молоди рыбы стало гибнуть на водозаборах. Все это привело к деградации экосистемы и резкому снижению продуктивности Азовского моря. Его общая биопродуктивность уменьшилась в 3 раза, уловы сократились в 5-6 раз, а добыча наиболее ценных рыб пресноводного комплекса - в 20-30 раз. Некоторые рыбы из моря вообще исчезли. А Цимлянское водохранилище, уже лишившееся ценной рыбы, быстро заиливается и размывает берега, «съедая» не только тысячи гектар чернозема, но и населенные пункты. Азовское море и Приазовье стали крупным регионом, где пренебрежение состоянием экологических систем привело к большим экономическим потерям, почти полностью поглощающим продукцию агропромышленного комплекса региона.

Арал и Приаралье имеют еще более трагичную судьбу. Здесь постепенно назрела экологическая катастрофа, ставшая одним из крупнейших социально-экономических поражений СССР. Уже в начале 60-х годов был достигнут предел гидрологического равновесия бассейна. В это время озеро-море имело площадь 61 тыс. км2, объем 1000 км3, глубину до 65 метров. Сыр-Дарья и Амударья приносили в Арал около 30 км3 воды в год. Оросительные системы в бассейнах этих рек на площади 5 млн га потребляли 50-60 км3 воды. Море давало около 35 тыс. т рыбы в год. В Приаралье еще сохранялись своеобразные и богатые видами экосистемы. В течение последующих 25 лет в погоне за мнимой «хлопковой независимостью» в республиках Средней Азии и на юге Казахстана насаждалась монокультура хлопка и происходило безоглядное расширение масштабов ирригации. Вступали в строй новые водохранилища, магистральные каналы и оросительные системы. Орошаемые площади увеличились до 7,2 млн га, а суммарный водозабор на орошение возрос вдвое и достиг 118 км3 в год. Это привело к резкому сокращению речного стока (до 4-5% от естественного!), и Арал стал быстро высыхать. Одновременно из-за избыточного обводнения и плохого дренажа происходило подтопление и засоление больших площадей, потеря огромных земельных массивов. Их деградация усугублялась растущим применением пестицидов.

К концу 80-х годов Арал потерял 2/3 объема и 50% площади поверхности, уровень упал на 14 метров, вода отступила от прежних берегов на десятки километров. Высохшее дно Аральского моря получило название новой пустыни - Аралкум. Около 30 тыс. км2 покрыты солончаками и смесью соли и высохшего ила. Эта соленая пыль с примесью пестицидов рассеивается ветрами и становится одним из загрязнителей атмосферы. Приморские в прошлом портовые города и поселки - Аральск, Муйнак, Казалинск, Усчай - оказались в пустыне; люди их покинули. Произошло сильное фаунистическое обеднение Приаралья: из 178 видов позвоночных животных осталось только 38.

Но самая большая беда - это экологический геноцид в Приаралье, особенно в Каракалпакии. Скудость местных продовольственных ресурсов, плохое снабжение и медобслуживание в сочетании с дефицитом и сильным загрязнением пресной воды привели к чрезвычайно высокой заболеваемости населения, к огромной детской смертности. Продолжительность жизни в большинстве районов Приаралья сократилась до 55 лет, заболеваемость энтеритами, брюшным тифом и гепатитом достигла самого высокого в мире уровня. 75% новорожденных появлялось на свет больными и ослабленными, с различными дегенеративными поражениями.

Примерами грубых ошибок в прогнозировании хозяйственных тенденций, сопряженных с природными процессами, могут служить история залива Кара-Богаз-Гол и так называемые «проекты поворота рек». В конце 70-х годов в связи с якобы существовавшей тенденцией падения уровня

Каспия и возросшей потребностью южных районов страны в пресной воде Минводхоз СССР разработал ряд грандиозных гидротехнических проектов. Они предусматривали, во-первых, перекрытие поступления каспийской воды в ее мощный испаритель - залив Кара-Богаз-Гол; во-вторых, строительство каналов Волга-Дон-2 и Волга-Чограй для пополнения оросительных систем юга России; в-третьих, переброску части стока северных рек в Волжский бассейн для восполнения повышенного расхода волжской воды. Проекты начали осуществлять без всесторонней экологической экспертизы. В 1980 г. сплошной перемычкой отгородили Кара-Богаз-Гол. За 3 года залив высох, и сразу же стал очевидным колоссальный ущерб, нанесенный богатейшему в мире месторождению мирабилита и других морских солей. Уже в 1984 г. вынуждены были частично восстановить приток каспийской воды, но для полного восстановления режима залива и месторождений теперь понадобятся десятки лет.

В 1986 г. под нажимом ученых, писателей и широких общественных кругов были прекращены работы по экологически опасным проектам переброски части стока северных рек в Волгу, а вслед за этим - и начавшееся строительство канала Волга-Чограй. Были отвергнуты и другие гидротехнические проекты, не имевшие экологического обоснования. А уровень Каспия еще с 1978 г. начал быстро повышаться, но совсем не из-за антропогенных нарушений гидрологического режима бассейна, а в силу естественных причин. Этот подъем также грозит серьезной экологической катастрофой, поскольку происходит затопление и подтопление прибрежных населенных пунктов, сельскохозяйственных угодий, нерестилищ рыбы и зоны Астраханского биосферного заповедника в дельте Волги.

За многие годы было допущено немало экологически опасных просчетов в размещении хозяйственных объектов, производственных комплексов, целых промышленных центров. Так, давно уже стало очевидным, что строительство целлюлозного комбината на берегу Байкала и развитие промышленной инфраструктуры в этой зоне было грубой ошибкой. По мере развития производительных сил здесь постоянно усиливалось техногенное воздействие на акваторию и окружающую природную среду. Хотя в целом экологическая обстановка в Байкальском регионе не может быть названа чрезвычайной или бедственной, высочайшая ценность озера, имеющего планетарное значение, заставляет квалифицировать эту обстановку как критическую. Ситуация вокруг Байкала примечательна огромным числом авторитетных государственных постановлений, программ, научных проектов и крайне малой их практической реализацией.

Характерно мнение ученых по поводу неверных решений, связанных с выбором территорий для нового строительства: «Например, город Тольятти с его замечательным заводом мог быть не менее прекрасным, если бы был построен не на черноземах Поволжья, а на светло-каштановых почвах Заволжья» (Виноградов, 1987). Как раз в этом, относительно новом промышленном центре, где кроме ВАЗа сосредоточены гораздо более «грязные» предприятия тяжелого машиностроения, химии и нефтехимии, сформирована далеко не идеальная, экологически не выверенная отраслевая и функционально-планировочная структура, из-за которой большая часть города испытывает промышленные загрязнения сверх санитарных норм (Моисеенкова, 1989). В результате Тольятти вошел в список наиболее загрязненных городов России.

Загрязнение среды и здоровье людей

На величину заболеваемости влияет множество социально-экономических, гигиенических и экологических факторов. Они в свою очередь зависят от… Наиболее надежные количественные оценки влияния качества среды на здоровье… Сравнение разных городов и регионов в этом отношении дает менее определенные результаты, так как влияние загрязнения…

Таблица 7.2

Коэффициенты накопления для некоторых опасных веществ

(Быков, Мурзин, 1997)

Вещество Коэффициенты накопления для систем
почва - растения вода - рыба корм коровы -
мясо молоко
Радионуклиды Cs-137 0,002 0,03 0,005
Sr-90 0,2 0,0003 0,0015
Пестицид ДДТ 0,0026 0,028 0,011
Ксенобиотик диоксин 0,0013 0,055 0,01
Дизельное топливо 0,057 - -
Промзагрязнитель мышьяк 0,01 0,0015 0,003

 

Наиболее серьезную потенциальную биологическую и экологическую | опасность представляют тяжелые металлы, нитраты и нитриты, органические ксенобиотики, различные аллергены.

Тяжелые металлы (ТМ) - это в основном политропные яды, которые с относительно небольшой избирательностью накапливаются в разных органах и тканях и дают широкий спектр патологических симптомов. Их варианты обусловлены сочетаниями с действием других патогенных агентов. Особенно опасно попадание ТМ в организм на ранних стадиях онтогенеза.

Свинец при определенном уровне накопления способен поражать систему j кроветворения, нервную систему, печень, почки. Хронические отравления | свинцом известны с глубокой древности в форме «сатурнизма» - слабости, | малокровия, кишечных колик, нервных расстройств. Широкое распространение свинца в современной техносфере (промышленные эмиссии, выхлопы автомобилей, краски, изделия и т.п.) и невозможность вторичного использования его значительной части создает многочисленные свинцовые аномалии в селитебной среде. Поступая в организм с водой, вдыхаемым воздухом или пищей, свинец образует соединения с органическими веществами.

Многие из этих соединений нейротропны и способны вызывать поражения нервной системы и головного мозга. Особенно опасны скрытые хронические отравления свинцом у детей, проявляющиеся в виде неврологических расстройств, нарушений психомоторики, внимания и т.п.

Ртуть из почвенных и водных аномалий проходит по трофическим цепям и попадает в организм человека с пищей или другим путем. При массированных разливах металлической ртути наиболее опасно вдыхание ее паров. Она сильнее всего накапливается в печени и почках, приводя к нарушениям обмена веществ и выделительной функции. Ртуть в результате деятельности микроорганизмов легко метилируется и связывается с сульфгидрильными группами белков. Эти соединения также нейротропны. Найдено, что повышенное содержание метилртути в теле беременных женщин приводит к явлениям церебрального паралича и задержке психомоторной активности у родившихся детей.

В середине 50-х годов у жителей рыбачьих поселков на берегу бухты Минамата в Японии возникло заболевание, выражавшееся в нарушениях органов чувств и поведения («болезнь Минамата»). Более 60 человек умерли. Из деревень исчезли кошки. Позднее было установлено, что первичной причиной болезни была метилртуть, попадавшая в морскую воду со стоками химической фабрики. Соединение накапливалось в морских организмах и рыбе, потребляемых жителями. Лишь в 1997 г. был снят карантин с бухты Минамата.

Кадмий по механизму внедрения в организм сходен с ртутью, но задерживается в органах намного дольше. Он вытесняет кальций и замещает цинк в составе биомолекул. Накапливаясь в печени и почках, кадмий вызывает почечную недостаточность и другие нарушения. В 40-60-х гг. сильное техногенное загрязнение кадмием воды и почвы рисовых полей в одном из районов Японии вызвало массовое заболевание местных жителей, выражавшееся в сочетании острого нефрита с размягчением и деформациями костей (болезнь «итай-итай»). У детей хроническое отравление кадмием вызывает нейропатии и энцефалопатии, сопровождающиеся, в частности, нарушениями речи.

Мышьяк является сильным ингибитором ряда ферментов в организме и способен вызывать острые отравления. Совокупность симптомов, обусловленных постепенным отравлением людей соединениями мышьяка в коксохимическом производстве Италии, получила в 60-х годах название болезни «чизолла». Хроническое действие малых доз соединений мышьяка способствует возникновению рака легких и кожи, так как мышьяк сильно повышает чувствительность слизистых к другим канцерогенам, а кожных покровов - к ультрафиолетовым лучам. Тератогенные эффекты мышьяка вызывают нарушения репродуктивной функции организма и проявляются в расщеплении нёба («волчья пасть»), микроофтальмии, недоразвитии мочеполовой системы.

Таллий, как и мышьяк, поражает периферическую нервную систему, что проявляется в нарушениях нервной трофики, мышечной слабости и изменении кожной чувствительности. Симптомы хронического отравления таллием выражаются в повышенной нервозности, нарушениях сна, быстрой утомляемости, суставных болях, выпадении волос.

Сходные патологические проявления наблюдаются при хроническом отравлении и другими тяжелыми металлами. Все они при определенном уровне накопления в организме обладают мутагенным (связанным с нарушением генетического кода) и эмбриотоксическим действием, а некоторые соединения свинца, кадмия, мышьяка и хрома - канцерогенным эффектом.

Асбест, широко применяемый в строительстве и технических изделиях, также вошел в число опасных канцерогенов, хотя связанные с его присутствием в воздухе заболевания раком легких регистрируются в основном в сфере профзаболеваний.

Нитраты, и нитриты, поступающие в организм в избыточных количествах с водой или пищей, могут быть источником серьезных поражений. Часть нитратов также преобразуются в нитриты. Повышенная концентрация сильного окислителя нитрит-иона вызывает метгемоглобинемию, сопровождающуюся нарушением кислородо-транспортной функции крови и особенно опасную в детском возрасте. Кроме этого соединение нитритов с некоторыми лекарственными аминами и производными мочевины может приводить к образованию М-нитрозаминов - сильных канцерогенов и мутагенов.

Техногенные органические ксенобиотики. В эту очень большую группу различных опасных веществ входят агенты, которые при локальном влиянии относительно высоких концентраций, связанном с авариями или военными действиями, могут вызывать острые отравления и гибель людей (диоксины, полихлорбифенилы, некоторые фосфороорганические соединения). Рассеянное присутствие их в среде в микроколичествах вызывает при хроническом действии целый спектр экопатологий. Кроме указанных супертоксинов в эту группу входят пестициды, полициклические и полихлорированные ароматические углеводороды, некоторые мономеры пластмасс, полимерные материалы и другие синтетические органические вещества.

Большинство из них - это стабильные и высококумулятивные агенты. Обладая сродством к органическим компонентам живых организмов, они легко передаются по трофическим цепям со значительными коэффициентами накопления. Поскольку многие из них гвдрофобны (плохо растворяются в воде), они накапливаются преимущественно в жировой ткани и фосфолипидах клеток, присоединяют активные радикалы, некоторые способны вторгаться в структуру ДНК. Этим обусловлены их кацерогенные, мутагенные и эмбриотоксические эффекты.

Пестициды настолько широко распространились в биосфере, чтоихследы постоянно присутствуют в среде и пище людей, но, как правило, не оказывают видимого негативного действия. Однако в районах особенно широкого применения пестицидов (зоны массированной обработки агроценозов, в частности, районы хлопкосеяния в Латинской Америке, Индии, Средней Азии) в 60-70-х гг. наблюдались эпидемические проявления. Гербициды и инсектициды, в структуру которых входят эпоксидные, фосфатные и диазорадикалы, вызывали многочисленные случаи эмбриотоксического действия - гибель эмбрионов на ранних стадиях, выкидыши, преждевременные роды, высокую смертность новорожденных и детей до 1 года, уродства.

Полициклические (конденсированные) ароматические углеводороды (ПАУ) - группа веществ, среди которых как раз есть сильные канцерогены прямого действия. В первую очередь это очень широко распространенный бензопирен, а также ряд дибензпиренов и другие вещества, являющиеся побочными продуктами нефтехимии, производства синтетического каучука. Во многих исследованиях показана высокая корреляция между присутствием в среде бензопирена и ряда сходных соединений с заболеваемостью различными формами рака, в особенности рака легких.

Полихлорированные ароматические углеводороды - полихлорбенифины (ПХБ), хлорированные бензофураны и др., попадавшие в следовых количествах в пищевое рисовое масло в Японии в 1968 г. и на Тайване в 1979 г. вызывали эндоэкологические эпидемии, сопровождавшиеся поражениями печени и почек (болезнь Юшо) и ростом злокачественных новообразований во внутренних органах.

Аллергены. Выбросы в атмосферу многих техногенных загрязнителей, в том числе и некоторых из перечисленных выше, а также микроэмиссии ряда полимерных и других материалов в быту могут вызывать массовые аллергические заболевания, часто переходящие в хронические формы астмы, бронхитов, ринитов, дерматитов. В этом отношении особенно опасны выбросы предприятий микробиологической промышленности, содержащие белки, глюкопротеиды и другие высокомолекулярные органические соединения. Некоторые такие выбросы, даже если они не превышают допустимых норм, при длительном действии могут приводить к обострению патологий другого происхождения. Так, слабые загрязнения воздуха аммиаком и ароматическими углеводородами усиливают полинозы и микозы - аллергические заболевания, вызываемые пыльцой растений или микроскопическими грибками.

Радиационные поражения вызываются внешним ионизирующим облучением и попаданием источников радиации внутрь организма. В зависимости от величины и состава поглощенной дозы облучения различают степени радиационного поражения, тяжести лучевой болезни и отдаленных последствий облучения. При больших дозах кратковременного

облучения порядка 600-800 Р и выше наблюдается крайне тяжелая форма острого лучевого поражения, приводящая, как правило, к летальному исходу (Хиросима и Нагасаки; случаи при испытании ядерного оружия с участием людей, находившихся в зоне поражения; группа персонала и пожарников в первые часы аварии на ЧАЭС).

Тяжелые формы лучевой болезни при сублетальных дозах у человека и животных имеют следующие проявления: поражается кроветворная система костного мозга, в крови быстро снижается число нейтрофильных лейкоцитов и тромбоцитов; развивается геморрагический синдром, обусловленный ломкостью, увеличением проницаемости капилляров и пониженной свертываемостью крови; нарушение процессов всасывания и кровоизлияния слизистой резко ухудшают работу кишечника; развивается! радиационная геморрагическая пневмония, расстраивается дыхание и работа сердца; при попадании в организм радиоактивного йода нарушается работа щитовидной железы, особенно у детей. Чрезвычайно опасно респираторное или пероральное попадание в организм «горячих частиц», являющихся источником a-излучения.

Пострадиационные эффекты включают различные некротические явления, нарушения иммунитета, гормональных и репродуктивных функций. Возникают эндогенные радиотоксины, вызывающие развитие аллергических реакций. Все эти симптомы в той или иной степени сопровождают и более легкие формы радиационного поражения, включая хронические. Их последствия часто выступают как медленно текущие вторичные патологии, связанные с развитием лейкозов, злокачественных опухолей, бесплодия, нервными и психическими расстройствами и повышенной смертностью от совокупности этих нарушений. Как раз все эти проявления характерны для тысяч «ликвидаторов» - людей, принимавших участие в ликвидации последствий аварии на ЧАЭС.

Наследование генетических изменений, вызванных радиационными поражениями людей, потребовало пересмотра представлений о порогах и предельно допустимых дозах облучения. В соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиационной защите принята линейная беспороговая зависимость между дозой и вероятностью возникновения пострадиационных генетических и онкогенных эффектов. В этой связи следует упомянуть высказывание А.Д.Сахарова (1990): «Непороговые биологические эффекты ставят нас перед нетривиальной моральной проблемой... Все произошедшие за последние десятилетия испытательные взрывы дают малую относительную добавку к смертности и болезням от других причин. Но так как людей на Земле очень много, а через некоторое время, в течение периода распада радиоактивных веществ, их станет еще больше, то абсолютные цифры ожидаемого числа поражений и гибели крайне велики, чудовищны...»

Поражения, обусловленные физическим загрязнением. Действие вибрации на организм человека зависит от ее физических параметров, дозы, места приложения, а также от биомеханических свойств человеческого тела как колебательной системы. Особенно опасны вибрации, резонансные с отдельными частями или органами тела. Они оказывают неблагоприятное действие на нервную и сердечнососудистую системы, нарушают обмен веществ, вызывают изменения в вестибулярном аппарате. Длительное влияние интенсивных вибраций в сочетании с сопутствующими неблагоприятными факторами (охлаждение, шум, большие мышечные нагрузки и нервно-эмоциональное напряжение) может приводить к стойким патологическим нарушениям в организме человека и развитию опасного, трудно излечимого заболевания - виброболезни.

Воздействие шума носит комплексный характер. Шум угнетает центральную нервную систему, повышает утомляемость и снижает умственную активность, приводит к психологическим стрессам, неврозам, возникновению гипертонии, ослаблению иммунитета, ухудшению зрения. Обследование детей младшего школьного возраста, проведенное в районах аэропортов, выявило ухудшение умственной работоспособности на 10-46%, увеличение заболеваемости органов дыхания на 6-13%, нервной системы - на 26-27%.

Инфразвуковые колебания также оказывают неблагоприятное действие. При частотах порядка 6-10 Гц и при уровнях звукового давления от 110 до 150 дБ наблюдаются как неприметные субъективные ощущения, так и реактивные изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах. Известно влияние инфразвука на вестибулярный анализатор и снижение слуховой чувствительности. Кроме того, возникает утомление, снижаются внимание и работоспособность, отмечаются жалобы на сонливость, головные боли и головокружение; может появиться чувство растерянности и страха.

Все большие контингенты населения охватываются неблагоприятными воздействиями электромагнитных полей. Особенно сильные изменения в электромагнитной среде человека, получившие название микроволнового смога, связаны с мощными источниками радиоизлучений сверхвысокочастотного диапазона - радиолокационными и радиорелейными станциями. Кратковременное воздействие на живые организмы ЭМП радиочастотного диапазона связано в основном с их тепловым и аритмическим эффектом. Тепловой эффект возникает вследствие поглощения энергии ЭМП. В случае превышения теплового порога (при ППЭ > 10 мВт/см2) организм не справляется с отводом избыточной теплоты, и температура тела повышается. Хроническое действие ЭМП небольшой интенсивности (ППЭ <1 мВт/см2), не дающее явного теплового эффекта, приводит к различным нервным и сердечно-сосудистым расстройствам (головная боль, быстрая утомляемость, ухудшение самочувствия, изменение пульса и кровяного давления). На ранних стадиях нарушения здоровья носят, как правило, обратимый характер. Однако многолетнее постоянное воздействие высокочастотного ЭМП вызывает серьезные хронические заболевания с поражениями нервной, сердечно-сосудистой и кроветворной систем.

Повторим, что большая часть людей на Земле живет под постоянным и все более ощутимым прессом огромной совокупности техногенных воздействий, совместное влияние которых на здоровье человека изучено крайне недостаточно.

Экологическая безопасность

Существует «Концепция экологической безопасности РФ», утвержденная -Минприроды России в 1994 г. Однако теоретические основы экобезопасности… Безопасность сложной системы определяется не столько субъектами защиты или… Критерии экологическая безопасности. Научная литература, различные рекомендательные и нормативные документы содержат…

Рис. 7.1. Зависимость превышения региональной фоновой заболеваемости населения от превышения нормативной загрязненности среды

Р - общая заболеваемость; Рф - фоновая заболеваемость, не содержащая элементов экопатологии; Кр - общая загрязненность среды - сумма кратностей превышения ПДК. Обозначены координаты (х, у) - точки достоверного расхождения графиков, при котором прирост заболеваемости за счет экопатологии становится статистически значимым

 

При К ³ 1 загрязненность данной среды считается критической (превышение ПДК). В еще большей мере это относится к сумме превышений в разных средах – Кр, так как при Кр >1 резко возрастает риск экологического поражения. Риск, т.е. вероятность поражения, измеряется относительной частотой случаев поражения за определенное время.

Обработка большого массива данных медстатистики и экологического мониторинга для разных городов и районов России, включая зоны разной степени экологического поражения, позволила установить закономерность влияния загрязненности среды на общую заболеваемость (рис. 7.1). Кривая соответствует эмпирическому уравнению:

 

(7.6)

 

где Р/Рф - отношение между общей заболеваемостью и фоновой заболеваемостью при отсутствии экопатологии;

Рm - условная максимальная заболеваемость, соответствующая крайней экоэпидемиологической ситуации (100% заболеваемость из-за загрязнения среды);

К - общая загрязненность среды р);

а, b - параметры логистической функции.

Критерием безопасности и нормирования загрязнения может служить то минимальное значение Кp, при котором прирост заболеваемости за счет экопатологии становится статистически значимым, т.е. расхождение графиков Р/Рфр) и Рфр) с их доверительными интервалами делается достоверным.

Кроме приведенных медико-биологических оценок безопасности и экологического риска существуют технические критерии безопасности, выработанные на основе статистики тяжелых техногенных аварий. Их количественное определение основано на методе двумерных диаграмм «частота - последствия» и на использовании пространственно-временной функции риска, которая характеризует поле риска вокруг технического источника.

Оценка экологического риска

Оценка экологического риска - это научное исследование, в котором факты и научный прогноз используются для оценки потенциально вредного воздействия… Уровни риска экопатологии, т.е. риска, связанного с нарушением здоровья из-за… Статистическая информация об уровнях риска, обусловленных хроническим загрязнением окружающей среды, чрезвычайно…

Таблица 7.3

Годовой индивидуальный риск смерти, обусловленной различными причинами (Россия, 1996г.)

Причины смерти RL
Общий риск (все причины) 14,3*10-3
Болезни системы кровообращения 7,6*10-3
Несчастные случаи, отравления, травмы 2,1*10-3
В том числе  
транспортные травмы 2,3*10-4
отравления алкоголем 2,3*10-4
утопления 1,1*10-4
самоубийства 3,9*10-4
убийства 2,7*10-4
производственные травмы 1,5*10-4
Новообразования 2,0*10-3
Болезни органов дыхания 6,9*10-4
Болезни органов пищеварения 4,2*10-4
Инфекционные и паразитарные болезни 2,1*10-4
Пожары 1,1*10-4
ЧС природного и техногенного характера 8,7*10-6
Облучение персонала АЭС после радиационной аварии* 10-2
Облучение окружающего населения после радиационной аварии на АЭС* 10-4
Неаварийные искусственные источники радиации* 5*10-5

* По данным, относящимся к населению СССР, 1986-1988 гг.

 

Подобные расхождения нельзя приписывать только невежеству людей. Специалистам приходится часто сталкиваться со стойкими общественными предубеждениями, которые способны оказывать серьезное влияние на экономическую политику и систему принятия решений. Это явление включает и феномен экофобии - навязчивой боязни поражения опасными факторами окружающей среды. Чаще всего она проявляется в виде радиофобии и хемофобии. После Хиросимы и Чернобыля в сознании многих людей вероятность болезни и смерти от радиации стала «весить» несравненно больше, чем смерть от промышленных и транспортных аварий, от пьянства и драк, от ударов электрическим током, от «кухонных» пожаров, хотя любая из этих причин убивает людей в сотни и тысячи раз больше, чем радиация. Люди невольно преувеличивают опасность факторов, которые не поддаются индивидуальному психологическому контролю.

Таблица 7.4

Стресс-индексы для/наличных групп загрязнителей окружающей среды

Наименование загрязнителей Сресс-индексы
Пестициды
Тяжелые металлы
Транспортируемые отходы АЭС
Твердые токсичные отходы промышленности
Взвешенные материалы в стоках металлургии
Неочищенные смешанные сточные воды
Диоксид серы в воздухе
Разливы нефти на почве
Химические удобрения
Органические бытовые отходы
Окислы азота в воздухе
Смешанный городской мусор
Фотохимические оксиданты
Летучие углеводороды в воздухе
Городской шум
Окись углерода в воздухе

 

От экофобии нельзя отмахиваться, как это до сих пор делают представители заинтересованных ведомств, считая их «психозами мнительных невежд». Радиофобия и хемофобия стали закономерными проявлениями экологического стресса современного общества. Даже при очень малых дозах радиации, аллергенного раздражения или вообще при чисто кажущемся поражении они могут приводить у некоторых людей к вполне определенным психогенным клиническим эффектам и стойким психосоматическим заболеваниям, за которые общество должно нести такую же ответственность, как и за прямое радиационное или химическое поражение людей.

Сопоставление рисков. Приоритеты безопасности людей существенно влияют на приоритеты государственной эколого-экономической политики, особенно в области энергетики. Согласно «среднему варианту» прогноза МИРЭК, с 2000 г. по 2060 г. вклад «экологически чистых» отраслей энергетики (гидроэнергия + возобновляемые источники энергии) при абсолютном увеличении в 4 раза должен возрасти от 18 до 36% всей коммерческой энергетики. В несколько меньшей пропорции предполагается рост ядерной энергетики - с 9 до 14%. По другим вариантам, он больше и мог бы быть еще больше при выполнении ряда условий. Чуть ли не главное из них - снятие предубеждений об экологической опасности эксплуатации и демонтажа АЭС, регенерации, утилизации и захоронения ОЯТ. В качестве примера трудностей, с которыми при этом приходится сталкиваться, рассмотрим в общих чертах коллизии, связанные с оценкой безопасности АЭС.

В каждом из крупных энергетических реакторов АЭС заключено от 100J до 200 т обогащенного урана с общей активностью порядка ЮМО9 Ки.] Энергетика реактора тем эффективнее, чем ближе параметры физических процессов в нем к грани ядерного взрыва. Это огромный потенциал опасности, так как даже одна тысячная доля кюри может вызвать у человека серьезное лучевое поражение. Очевидно, что требования безопасности должны сводить к нулю этот потенциал, т.е. обеспечивать идеальную изоляцию ядерного топлива, экранировать его внешние излучения, с высочайшей надежностью поддерживать режим эксплуатации и предельно минимизировать эксплуатационные утечки наведенной радиоактивности.

Современная штатная технология близка к этому уровню. За год работы в зависимости от типа реактора образуется 200-400 м3 жидких малоактивных отходов и 30-70 т ОЯТ, которые легко изолируются. Регламентные утечки наведенной радиации с водой и паром настолько малы (доли грамма в год в пересчете на активные вещества), что практически не влияют на радиационный фон в зоне АЭС. При штатной работе удельная природоемкость АЭС (изъятие местных природных ресурсов и загрязнение среды на 1 кВт/ч вырабатываемой электроэнергии) намного меньше, чем у любой ТЭС и даже меньше, чем у ГЭС на равнинных реках. До Чернобыля на счету ядерной энергетики мира было почти 3500 реакторолет без единого смертного случая в результате облучения. Редкие поражения людей при авариях имели нерадиационные причины. Никакая другая отрасль не имела такого низкого уровня травматизма.

Для престижа ядерной энергетики до серьезных аварий реакторов (Тримайл-Айленд, США, 1979; Чернобыль, 1986) эти свидетельства были не нужны: безопасность и перспективность АЭС считались бесспорными. Аварии, особенно чернобыльская, все изменили. В оценках риска реакторных радиационных катастроф вместо ничтожных величин появились значения W »10~ -10" год"'. Ядерной энергетике пришлось защищаться. Самым распространенным доводом стало количественное сопоставление экологических угроз со стороны атомных и угольных электростанций. В одной из таких работ сравнивается число поражений, связанных с полными топливными циклами - угольным и атомным (Шевелев, 1989, табл. 7.5).

Общий итог сравнения впечатляет. Автор пишет: «В целом по стране от угольных электростанций (при мощности 75 ГВт) гибнет, заболев раком, более 20000 человек в год. Можно сказать, что ежегодно угольная энергетика порождает чернобыльскую аварию. Но действительный эффект чернобыльской аварии в этом сравнении не учтен. А он еще долго будет продолжать действовать, даже если подобная катастрофа больше никогда не повторится.

Таблица 7.5

Число преждевременных смертей, связанных с годом работы блока мощностью 1ГВт «угольном и атомном топливном циклах

Воздействия и эффекты Топливный цикл
угольный атомный
Несчастные случаи 5,6 0,25
Заболевания нерадиационной этиологии 6,9 0,15
обслуживающего персонала 360,0
окружающего населения 0,11 0,30
Облучение обслуживающего персонала 0,06 0,07
Облучение окружающего населения 0,8
Всего    

 

Управление экологическим риском является процедурой принятия решений, в которой учитывается оценка экологического риска, а также технологические и экономические возможности его предупреждения. Обмен информацией о риске также включается в этот процесс. Схема процесса управления риском представлена на рис. 7.2.

Для анализа риска, установления его допустимых пределов в связи с требованиями безопасности и принятия управляющих решений необходимы:

§ наличие информационной системы, позволяющей оперативно контролировать существующие источники опасности и состояние объектов возможного поражения, в частности, статистический материал по экологической эпидемиологии;

§ сведения о предполагаемых направлениях хозяйственной деятельности, проектах и технических решениях, которые могут влиять на уровень экологической безопасности, а также программы для вероятностной оценки связанного с ними риска;

§ экспертиза безопасности и сопоставление альтернативных проектов и технологий, являющихся источниками риска;

§ разработка технико-экономической стратегии увеличения безопасности и определение оптимальной структуры затрат для управления величиной риска и ее снижения до приемлемого уровня с экономической и экологической точек зрения;

§ составление рискологических прогнозов и аналитическое определение уровня риска, при котором прекращается рост числа экологических поражений;

§ формирование организационных структур, экспертных систем и нормативных документов, предназначенных для выполнения указанных функций и процедуры принятия решений;

§ воздействие на общественное мнение и пропаганда научных данных об уровнях экологического риска с целью ориентации на объективные, а не эмоциональные или популистские оценки риска.

Рис. 7.2. Схема процедур анализа риска и управления риском

 

В соответствии с принципом уменьшающихся рисков важным средством управления является процедура замещения рисков. Согласно ей риск, вносимый новой техникой, социально приемлем, если ее использование дает меньший вклад в суммарный риск, которому подвергаются люди, по сравнению с использованием другой, альтернативной техники, решающей ту же самую хозяйственную задачу. Эта концепция тесно связана с проблемой экологической адекватности качества производства.

Экологически приемлемый риск. Многие стороны теории экологического риска и ее практических приложений еще далеки от завершенности. Проблема очень сложна. Она включает медико-биологические, собственно экологические, социально-психологические, экономические, правовые и технические аспекты. При использовании инструментария каждой из этих областей знания оценки одного и того же риска скорее всего окажутся различными. По существу, в этом случае повторяется почти то же самое, что и при различных субъективных оценках опасности.

Поэтому есть основания считать, что из всех возможных подходов к объективному определению приемлемого риска техногенных воздействий на человеческое общество в целом или на население какого-либо региона следует выбирать экологический подход, который в качестве объекта опасности рассматривает не только человека, а весь комплекс окружающей его среды, учитывая в историческом плане все ее отклонения от естественного состояния. Остальные подходы, особенно социальный, экономический, технический не лишены известного произвола, связанного с внеэкологическими потребностями и интересами общества. Они в той или иной степени компромиссны.

И еще одно замечание. Концепция риска переводит социально-психологические проблемы общества, часто весьма деликатные, в плоскость количественных оценок. Для сравнения риска и выгод предлагается ввести экономический эквивалент человеческой жизни. Это непривычно. Жизнь человека бесценна. Но существует вполне четкое понятие стоимости человеческой жизни, определяемой затратами на рождение, воспитание, образование, получаемым человеком доходом и т.п. Эту стоимость приходится учитывать при страховании и при оценке экономического ущерба, наносимого гибелью людей во время катастроф. Например, стоимость жизни одного жителя США при авиакатастрофах оценивается в 600-800 тысяч долларов. Поэтому когда ставится вопрос о приемлемом риске от загрязнения среды или от реакторов АЭС, приходится учитывать не только потенциалы угроз, но и «стоимости жизни», определяемые альтернативами экономического развития общества и деградации окружающей среды.

 


ГЛАВА VIII. Экологическая регламентация техногенных воздействий

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Дать определение эколого-экономической системе (ЭЭС) и оценить практическую реальность ЭЭС. 2. Проанализировать основные материальные потоки в эколого-экономической системе. 3. Объяснить значение соизмерения природных и производственных потенциалов территории. 4. Рассказать об экологических нормативах, действующих в современной практике, и о методе их расчетов. 5. Указать цели и методы экологического мониторинга. 6.Назвать основные организационные процедуры, направленные на экологическую регламентацию хозяйственной деятельности. 7. Объяснить значение экологической паспортизации, экологической экспертизы и процедуры ОВОС.

Эколого-экономические и природно-технические системы

Определения и интерпретации. Преодоление экологического кризиса требует определения допустимой антропогенной нагрузки на биосферу, соизмерения природных и производственных потенциалов территории, нормирования техногенных воздействий, т.е. экологической регламентации хозяйственной деятельности человека. Не менее важно обеспечить всесторонний и объективный контроль за выполнением экологических регламентов на глобальном, региональном и локальном уровнях, - то, что может быть реализовано еще до глубокой экологизации экономики и производства.

Наиболее полно эти требования могут быть реализованы в пределах такого природно-хозяйственного комплекса, который образует равновесную эколого-экономическую систему. Понятие эколого-экономической системы (ЭЭС) широко используется в современной экономической и экологической литературе наряду с близкими по смыслу понятиями «природно-экономическая система», «биоэкономическая система* и «природно-техническая система».

В настоящее время существует два уровня интерпретации понятия ЭЭС - глобальный и территориальный. Согласно первому ЭЭС трактуется как тип экологически ориентированной социально-экономической формации. Именно в этом смысле на закрытии Конференции ООН в Рио-де-Жанейро в 1992 г. ее председатель М.Стронг говорил о необходимости перехода человечества от экономической системы к эколого-экономической системе. Но в глобальном смысле пока что это отдаленная и довольно абстрактная перспектива. Для практической реализации принципа сбалансированного природопользования важно иметь представление об ЭЭС на территориальном уровне - в отдельных регионах и промышленных комплексах.

В такой трактовке эколоео-экономическая система - это ограниченная определенной территорией часть техносферы, в которой природные, социальные и производственные структуры и процессы связаны взаимоподдерживающими потоками вещества, энергии и информации. В литературе по инженерной экологии довольно широко употребляется понятие природно-технической системы (Мазур и др., 1996; Стадницкий, Родионов, 1997). Под природно-технической системой (ПТС) понимают совокупность природных и искусственных объектов, сформировавшуюся на какой-то территории в результате строительства и эксплуатации промышленных комплексов, инженерных сооружений и технических средств, взаимодействующих с компонентами природной и социальной среды.

К сожалению, реальные ПТС никто никогда не рассматривал с позиций эколого-экономического баланса. Индустриальное развитие никогда не ставило своей целью создание сбалансированных ЭЭС. А механизмы экологической регламентации хозяйственной деятельности, такие, как оценка предполагаемых воздействий на окружающую среду и экологическая экспертиза программ и проектов, сами по себе не в состоянии обеспечить практическую реализацию требований сбалансированности. Но это не означает, что такие системы невозможны. Следует только различать понятия «сбалансированная эколого-экономическая система» и «сбалансированное эколого-экономическое развитие». Последнее обычно предполагает коэволюцию живой природы и общества, т.е. по существу согласование скоростей естественной эволюции и общественного прогресса. Вот это действительно невозможно.

Модели ЭЭС: структура и потоки. Сейчас известно много попыток моделирования ЭЭС. Региональные ЭЭС обычно представляются в виде блочных моделей, в которых анализируются связи, но нет подходов к количественной экологической регламентации.

ЭЭС представляет собой сочетание совместно функционирующих экологической и экономической систем, обладающее эмерджентными свойствами. Напомним, что экосистема - это сообщество живых организмов, так взаимодействующих между собой и со средой обитания, что поток энергии создает устойчивую структуру и круговорот веществ между живой и неживой частями системы. В свою очередь экономическая система является организованной совокупностью производительных сил, которая преобразует входные материально-энергетические потоки природных и производственных ресурсов в выходные потоки предметов потребления и отходов производства. Таким образом, часть материальных элементов экологической системы, в том числе и элементов среды обитания человека используется как ресурс экономической системы.

 

Рис. 8.1. Схема основных материальных потоков в эколого-экономической системе

 

Глобальный уровень этих отношений отражен на схеме антропогенного материального баланса в гл. 5. Здесь же приводится упрощенная потоковая схема территориальной ЭЭС (рис. 8.1). В ней экономическая и экологическая системы выступают как части целого и обозначаются как подсистемы. Граница между ними условна, так как вся сфера биологического жизнеобеспечения и воспроизводства людей относятся к обеим подсистемам.

Общий вход производства - сумма производственных материальных ресурсов Rр - слагается из импортируемых в данную систему ресурсов Ri.

(к ним отнесены и невозобновимые местные ресурсы) и из возобновимых местных ресурсов Rn причем к последним относится часть биопродукции экологической подсистемы, включая продукцию агроценозов и самого человека - и как ресурса, и как субъекта производства и потребления. Итак

Rр = Ri + Rn. (8.1)

Общая продукция Р включает продукцию, идущую на местное потребление, Ре (поток продукции, возвращающийся в цикл производства и цикл вторичной продукции на схеме не показаны) и продукцию, идущую на экспорт, Рд:

Р = РC + РE. (8.2)

Эффективность производства определяется отношением

 

(8.3)

 

Потребление С слагается из части местной нетто-продукции производства pc, идущей на потребление, а также из части местных биоресурсов С„ и импортируемых продуктов С,; т.е.

C = РC + Ci + Cn(8.4)

Местные ресурсы производства и потребления в сумме образуют поток изъятия ресурсов из экологической подсистемы:

Un = Cn + Rn (8.5)

Отходы производства Wp и потребления Wc поступают в окружающую среду как сумма отходов экономической подсистемы:

W = Wh + Wc. (8.6)

Часть из них, Wa, включается в биогеохимический круговорот экологической подсистемы, а другая часть, Wz, накапливается и рассеивается С частичным выносом за пределы системы. Общая отходность производства определяется отношением

 

(8.7)

 

Часть отходов потока Wa подвергается ассимиляции и биотической нейтрализации в процессе деструкции; другая часть после биологической и геохимической миграции присоединяется к фракциям Wz и вместе с ними подвергается иммобилизации, рассеянию и выносу.

Таким образом, часть отходов выступает как техногенные загрязнения М= KW, где К - общий коэффициент агрессивности или вредности отходов для системы. В свою очередь вред, наносимый загрязнением, можно представить как косвенное изъятие части ресурсов экологической подсистемы, аналогичное Un. Тогда Um = LM, где L - интегральный коэффициент зависимости «загрязнение - ущерб». Сумма U = Un + Um представляет собой общий убыток экологической подсистемы, обусловленный ее взаимодействием с экономической подсистемой.

Соотношение между промежуточными и конечными потоками загрязнений и их совокупный ущерб зависят не только от их массы и химического состава, но и от видового состава, биомассы, плотности реципиентов, продуктивности и устойчивости экосистемы, в частности, по отношению к техногенным воздействиям. Эти качества в наибольшей мере зависят от входного потока обновления биогеохимического круговорота Ii его продуктивной емкости Nr и масштаба деструкции D.

Круговороты обеих подсистем ЭЭС образуют вместе своего рода технобиогеохимический круговорот, а всю ЭЭС можно обозначить как технобиогеоценоз. Потокам вещества в ЭЭС могут быть приписаны константы равновесия и скорости, что позволяет осуществить кинетический анализ системы и выявить условия ее уравновешивания и стабильности. Так, аппроксимация принципа сбалансированности в терминах рассмотренной системы имеет вид:

Cn + Rn+ LKW = U £ Ii + Wa – D (8.8)

Это означает, что в сбалансированной эколого-экономической системе совокупная антропогенная нагрузка не должна превышать самовосстановительного потенциала природных систем.

Соизмерение производственных и природных потенциалов территории

Соизмерение производственных и природных потенциалов территории - одна из актуальных задач промышленной экологии, без решения которой невозможна… Сама по себе процедура соизмерения основана на определении и сопоставлении…

Таблица 8.1

Соизмерение техногенной нагрузки с экологической техноемкостыо двух различных территорий

Характеристика территории и показатели соизмерения Рузский р-н Московской области Город Тольятти с окрестно-стями*
Площадь территории, км2
Население, тыс. чел. 68,8
Товарная продукция хозяйства, млн руб./год**
Продукция биомассы экосистем, тыс. т/год***
Техноемкость сред. усл. т/год:****    
воздух
вода
земля
Суммарная ЭТТ, усл. т/год
Фактическая техногенная нагрузка, усл. т/год*****
Отношение фактической нагрузки к ЭТТ 0,06 2,15

 

* Включая левобережную часть примотанного участка Куйбышевского водохранилища

** В сопоставимых ценах 1984 г.

*** Сухое вещество биомассы

"*** С учетом токсичности по диоксиду серы

***** Наработка твердых отходов и загрязнителей атмосферы и стоков

 

При рассмотрении этих данных следует иметь в виду, что «благополучный» показатель для большой территории отнюдь не означает отсутствие экологических проблем, так как могут быть и фактически наблюдаются локальные участки или зоны с нарушениями почвенного и растительного покрова, с чрезмерной рекреационной нагрузкой, с значительным антропогенным загрязнением почвы и водоемов. Такое же соображение, примененное к городу с большим превышением экологической техноемкости, указывает на существование зон высокой опасности. Они действительно имеются на территории г. Тольятти. Неблагополучная экологическая ситуация сложилась в результате очень быстрого экстенсивного развития промышленного города без учета экологической емкости территории. И хотя она была достаточна велика, мощный многоотраслевой промышленный узел быстро исчерпал самовосстановительный потенциал превосходного природного ландшафта, образовав город с гипертрофированной промышленной функцией (Моисеенкова, 1989).

 

Экологическое нормирование

Вся сфера экологического нормирования и стандартизации, особенно связанная с техногенным загрязнением среды, так или иначе опирается на… Многие загрязняющие вещества, содержащиеся в выбросах и стоках предприятий и…  

Рис. 8.2. Схема распространения аэрополлютантов и требования к нормированию вредных примесей в воздухе

 

 

Для водных объектов одновременно с ПДК используется другой ограничительный норматив - лимитирующий показатель вредности (ЛПВ), который не имеет количественной характеристики, а отражает приоритетность требований к качеству воды. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод выделяют три вида ЛПВ:

§ санитарно-токсикологический (характеризует токсическое действие вещества на организм человека и водных животных);

§ общесанитарный (характеризует влияние, оказываемое веществом на общесанитарное состояние водного объекта, в частности, на скорость протекания процессов самоочищения);

§ органолептический (характеризует способность вещества менять органолептические, т.е. оцениваемые органами чувств человека свойства воды - запах, привкус, цвет, появление пены).

Суть ЛПВ заключается в том, что загрязнители воды могут оказывать на водные экосистемы и здоровье человека неблагоприятное воздействие нескольких видов, каждое из которых характеризуется своей безопасной концентрацией. То из воздействий, безопасная концентрация, для которого минимальна, и является лимитирующим.

 

Рис. 8.3. Изменение концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы от организованного высокого источника выбросов

 

На основании величин ПДК с помощью специальных программ вычисляются значения предельно допустимых эмиссии - предельно допустимые выбросы в атмосферу (ПДВ), предельно допустимые сбросы в водоемы (ПДС) тех или иных веществ, выделяемых конкретными источниками (предприятиями) данной территории. При этом учитываются характеристики источников и условия распространения эмиссии. Например, для того, чтобы в ближайшем к заводским трубам жилом квартале города при наименее благоприятных условиях рассеяния не превышались ПДК определенных аэрополлютантов, нужно ограничить выброс этих веществ постоянной предельной величиной - ПДВ. Подобная ситуация схематически отображена на рис. 8.3.

ПДВ и ПДС уже непосредственно регламентируют интенсивность и качество технологических процессов, являющихся источником загрязнения, и приобретают свойство экологических нормативов. Сверхнормативные эмиссии влекут за собой экономические и административные санкции. Часто бывает, однако, что предприятие по техническим причинам не может соблюдать предписанные ему ПДВ, санкции безрезультатны, а сокращение или остановка производства чревата экономическими и социальными коллизиями. В таких случаях применяется практика временного согласования выбросов и стоков, причем чаще всего на уровне фактических эмиссии. «Временно согласованные» выбросы и стоки (соответственно ВСВ и ВСС) по существу являются свидетельством отказа от нормирования и приводят к ухудшению экологической обстановки. Но и соблюдаемые ПДВ и ПДС не удовлетворяют многим требованиям экологического нормирования, так как существуют серьезные сомнения в пригодности ПДК в качестве основы этих нормативов. Вообще частнонормативный подход не соответствует потребностям решения экологических проблем:

§ далеко не для всех реальных загрязнителей установлены ПДК;

§ нет ПДК для множества разнообразных сочетаний различных агентов; возможные взаимодействия между ними, образование вторичных продуктов и совмещенные эффекты не позволяют рассчитать «комплексы» ПДВ;

§ ПДК одного и того же вещества для ценных растений и животных могут быть существенно меньше, чем для человека; это вынуждает делать очень ответственный выбор;

§ расчет большинства ПДВ делается на основании максимальных разовых ПДК, которые могут быть на порядок выше среднесуточных.

Ясно, что регламентация должна строиться на другой основе. Если все же использовать ПДК, то для целей экологического нормирования и расчета ПДВ, в отличие от существующего ГОСТа, следовало бы отказаться от исходного соотношения, основанного на максимальном разовом ПДК:

 

(8.10)

 

где - нормативно-предельная концентрация, используемая для расчета ПДВ;

Сф - фоновая концентрация;

a - безразмерный коэффициент (для расчета ПДВ a принимается равным единице, а для ВСВ допускается a > 1). Вместо него правильнее было бы применять другое соотношение:

(8.11)

 

где b - безразмерный, лежащий между 0 и 1, интегральный показатель опасности вещества, устанавливаемый по нескольким основным параметрам токсикометрии (Акимова, Хаскин, 1994).

В настоящее время очень немногие промышленные источники загрязнения среды отвечают этому требованию. Отсюда вытекает необходимость перестройки отраслевой структуры и масштабного технологического перевооружения энергетики и промышленности. Но не менее важна опережающая регламентация количественного роста производства, запрет на размещение предприятий выше определенного для данной территории уровня природоемкости.

Расчет ПДВ и ПДС. Регламентация допустимых эмиссии загрязняющих веществ в окружающую природную среду производится путем установления нормативов ПДВ и ПДС. Если ПДК служат нормативами на содержание вредных веществ в природной среде, то ПДВ и ПДС являются нормативами на их поступление в окружающую среду.

ПДВ - это масса выбросов вредных веществ в единицу времени от данного источника или совокупности источников загрязнения атмосферы города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере, создающая приземную концентрацию, не превышающую ПДК для населения, растительного и животного мира.

ПДС - это масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном створе. ПДС определяется с учетом ПДК вредных веществ в местах водопользования, их фоновой концентрации, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ.

Нормативы ПДВ и ПДС устанавливаются для всех проектируемых и действующих предприятий.

Расчет ПДВ. Величина ПДВ по каждому загрязняющему веществу устанавливается из условия (8.10), а при наличии нескольких веществ однонаправленного действия должно соблюдаться условие (8.9).

Разработка нормативов ПДВ промышленного предприятия основывается на материалах инвентаризации имеющихся источников загрязнения атмосферы и результатах расчетов технологических, вентиляционных и иных выбросов загрязняющих веществ с учетом их рассеивания в атмосфере.

Валовые выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников загрязнения атмосферы в большинстве случаев можно рассчитать по следующим формулам:

mj = my*Пk(1-h)(8.12)

mj = my’*Tk(1-h)(8.13)

где mj - масса выброса i-ro загрязняющего вещества;

тy - удельное выделение i-го загрязняющего вещества на единицу продукции;

П - расчетная производительность технологического процесса (оборудования, агрегата);

m’y - удельное выделение i-го загрязняющего вещества в единицу времени;

Т - фактический фонд времени работы оборудования;

k - поправочный коэффициент для учета особенностей технологического процесса;

h - эффективность средств очистки выбросов в долях единицы (при отсутствии средств очистки h = 0).

Удельные эмиссии загрязнителей для некоторых распространенных технологических процессов и операций приведены в приложении П9.

Величина выброса загрязняющих веществ автотранспортом зависит от категорий автомобилей (легковые, грузовые, автобусы), их технического состояния, рабочего объема двигателя и его типа (бензиновый, дизельный, газовый). При движении по территории населенных пунктов массовый выброс загрязняющих веществ (т) легковыми автомобилями

Mij = mij*Lij*Kj*10-6(8.14)

где тij - пробеговый выброс i-ro загрязняющего вещества легковым автомобилем с двигателем j-го рабочего объема, г/км (П9, табл.7);

Lij - суммарный пробег легковых автомобилей с двигателем j-го рабочего объема по территории населенных пунктов, км;

Kij - коэффициент, учитывающий изменение выбросов веществ при движении по территории населенных пунктов (П9, табл.8).

На процесс рассеивания промышленных выбросов влияет много факторов: состояние метеорологических условий, рельеф местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ, расположение, высота и конструктивные особенности источников загрязнения и т.п. На рис. 8.4. показано распределение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выбросов (трубы). Непосредственно у трубы в приземном слое воздуха концентрация С будет незначительной, ибо отходящие вещества относятся воздушным потоком. По мере удаления от источника концентрация будет расти, достигая максимального значения Сm на расстоянии хm (как правило, Сm > ПДК). Далее благодаря диффузионным процессам и турбулентности воздуха рассеивание начинает опережать накопление примеси, и уровень загрязнения постепенно снижается.

Основным нормативным документом, регламентирующим расчет рассеивания выбросов и определение величин ПДВ для промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86». При выбросе нагретой газовой воздушной смеси из одиночного источника с круглым устьем значение ПДВ (г/с) определяется по формуле:

 

(8.16)

 

где Н - высота трубы;

Q - расход газовоздушной смеси;

DT - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха;

A - коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия перемешивания примесей;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

h - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности.

 

Рис. 8.4. Распределение концентрации загрязняющих веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выбросов (трубы)

Г - городская жилая застройка; Л - лес, лесопарковая зона; СЗЗ - санитарно-защитная зона; ПЗ - производственная зона. Пунктирные линии - изолинии концентрации загрязнителей

 

Для предприятия в целом ПДВ находится путем суммирования значений ПДВ для отдельных источников загрязнения атмосферы при условии соблюдения соотношения:

(8.16)

где Сmi - наибольшая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе населенного пункта от i-го источника;

N - число источников, через которые данное вещество поступает в воздушный бассейн.

Расчет ПДС. В качестве примера рассмотрим расчет ПДС для отдельного одиночного выпуска сточных вод в проточный водоем (водоток). Величина ПДС определяется как произведение наибольшего расхода сточных вод q ( м3/ч) и максимально допустимой концентрации вредного вещества в сточных водах Сст.вод. г/м3:

ПДС = q* Сст.вод (8.17)

Объемный расход сточных вод q - обычно величина известная. Допустимая концентрация примесей в сточных водах определяется из выражения:

Сст.вод. i = n(Cmi – Cвi) + Cвi (8.17)

где n - кратность разбавления сточных вод;

Cвi - концентрация i-го вещества в водном объекте до сброса в него сточных вод;

Cmi - максимально допустимая концентрация того же вещества в воде водного объекта с учетом максимальных концентраций и ПДК всех веществ, относящихся к одной группе ЛПВ. При поступлении сточных вод в природный водный объект происходит их смешение и разбавление. Кратность разбавления сточных вод определяется по формуле:

 

(8.19)

 

где Q и q- объемный расход воды соответственно в водотоке и сточных водах;

g - коэффициент смешения, учитывающий долю расхода воды водотока, участвующей в процессе смешения.

 

Рис. 8.5. Общая схема контроля загрязнения окружающей среды

1-5 - этапы воздействия и откликов; А - уровень процессов; Б - уровень контроля и коррекции; В - уровень оценок и принятия решений; Г - уровень нормативов. Минимальный контур практического регулирования обозначен светлыми стрелками

Экологический мониторинг

С помощью набора инструментальных методов химического, физико-химического, микробиологического анализа и других видов наблюдений постоянно… В развитых индустриальных странах быстро совершенствуется техника приборного… Среди мер по стабилизации экологической обстановки в России большое значение придается созданию Единой государственной…

Рис. 8.6. Схема пути загрязнителя с указанием пунктов стандартизации и контроля

 

Виды ЭАК по способу определения контролируемого параметра подразделяют на инструментальный, инструментально-лабораторный, индикаторный и расчетный. Измерения и анализ уровня загрязненности осуществляют арбитражными и экспрессными методами. Первые проводят с большой точностью за длительный период времени. Экспресс-анализ применяют для ежедневной оценки состояния природной среды и оперативного контроля источников загрязнения.

В системе ЭАК задействованы стационарные посты контроля, передвижные лаборатории, автоматизированные системы и устройства контроля, аналитические лаборатории (центры). Так, для контроля за загрязнением атмосферного воздуха в промышленных городах предусматриваются три категории постов наблюдения: стационарный, маршрутный и передвижной (подфакельный). Стационарный пост предназначен для непрерывной регистрации концентрации загрязняющих веществ и регулярного отбора проб воздуха для последующих анализов (павильоны типа ПОСТ-1, ПОСТ-2 и др.). Маршрутный пост служит для отбора проб воздуха в фиксированных точках местности в соответствии с установленным графиком наблюдений. Передвижной пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом. Маршрутные и подфакельные наблюдения проводятся с помощью специальных транспортных средств, оборудованных соответствующей аппаратурой.

Наблюдения за уровнем загрязнения поверхностных вод проводятся на стационарной сети пунктов контроля качества воды водоемов и водотоков и на временных экспедиционных пунктах. Анализ проб осуществляют гидрохимические лаборатории. Время между отбором проб и анализом иногда достигает нескольких суток, что является уязвимым звеном в цепи аналитического контроля водных объектов. Путь к его устранению - внедрение автоматизированного пробоотбора на объектах контроля и последующий анализ качества воды в стационарной лаборатории с помощью компьютеризированных аналитических комплексов.

Многообразие химических загрязнителей и других видов техногенных загрязнений определяет широкую номенклатуру методов и средств ЭАК. Для определения концентрации загрязняющих веществ используются разнообразные методы химического анализа: газовая и ионная хроматография, рентгенофлуоресценция, оптическая спектроскопия и др. Для измерений шума, инфразвука и вибраций применяют как отечественную, так и зарубежную аппаратуру: шумомеры, спектрометры, полосовые фильтры, вибродатчики. Измерение электрической и магнитной составляющей напряженности ЭМП производят приборами типа ИЭМП, NFM-1 (ФРГ). Методы радиационного контроля основаны на измерении параметров ионизирующих излучений (мощность дозы, эквивалентная доза, поверхностная активность и др.) с помощью дозиметрических приборов.

Лаборатории различных министерств и ведомств, выполняющих эколого-аналитический контроль, имеют разную нормативно-методическую и метрологическую базу. Это означает, что результаты определения уровня загрязнения одних и тех же объектов могут заметно отличаться. Для достижения единства и требуемой точности измерений системы ЭАК должны иметь соответствующее метрологическое обеспечение - научные и организационные основы, нормативно-техническую документацию, методы и технические средства измерений. С этой целью формируется федеральный реестр методик ЭАК - аттестованных и прошедших метрологическую экспертизу.

В аппаратурном обеспечении ЭАК существуют два направления. Первое - выпуск приборов общего назначения, позволяющих охватывать контроль большого числа показателей разнотипных объектов (хроматографы, спектрофотометры, полярографы и т.п.). Второе направление ориентировано на специальные приборы, предназначенные для определения конкретного агента в конкретном объекте. Такие приборы удобны для стационарных постов контроля, передвижных лабораторий и санитарно-промышленных лабораторий предприятий, где номенклатура загрязнителей ограничена.

Актуальным направлением аналитического приборостроения является создание многоцелевых приборных комплексов на блочно-модульной основе. Аналитический комплекс - это совокупность материальной (средства измерения, вычислительная техника, вспомогательное оборудование) и интеллектуальной (методики, программное обеспечение) составляющих анализа. Таким образом, в комплекс входят комплект аттестованных методик ЭАК и все приборы, технические средства, необходимые для их реализации. Удачным примером создания аналитического комплекса может служить многоцелевая лабораторная автоматизированная система эколого-аналитического контроля «Инлан» («Системы...», 1994).

В последние годы для решения задач экологического контроля и мониторинга все шире начинает использоваться космическая техника. Получаемые с помощью систем спутниковой связи и оптико-электронных средств высокого разрешения данные используются для построения многослойных электронных карт различной тематической направленности. Космические средства мониторинга в сочетании с наземными системами ЭАК позволяют создать мощную информационную базу для управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью на региональном, национальном и глобальном уровнях.

Сведения о контрольно-измерительной технике, применяемой в промышленной экологии, можно найти в специальной литературе (см., например, «Информационно-справочный каталог. Контрольно-измерительные приборы в промышленной экологии» (1993)).

 

Организационные формы контроля экологической регламентации

Экологическая аттестация и паспортизация предназначены для документального описания эколого-экономических характеристик объектов природоохранной… Экологический паспорт предприятия содержит нормативно-справочную,… воздействий на окружающую среду и сравнительного анализа вклада различных производственных процессов в общую…

Рис. 8.7. Структура банка зколого-экономической информации в системе управления эколого-экономической системой

Организация баз эколого-экономической информации. Материалы экологических паспортов территорий и расположенных а них различных хозяйственных объектов вместе с текущими данными мониторинга и отчетными статистическими сведениями образуют большой массив информации, которая должна быть определенным образом организована. Одной из форм такой организации может быть региональный (территориальный) банк эколого-экономической информации (БЭЭИ) - комплекс средств для унифицированного сбора, централизованной обработки и многоцелевого использования данных о состоянии всех структур и объектов природопользования.

Сложность взаимосвязей, межотраслевой и междисциплинарный характер информации требуют тщательной проработки содержания и структуры БЭЭИ. На рис, 8.7 представлена принципиальная схема информационных потоков, необходимых для оценки текущей экологической ситуации и формирования на этой основе тактики управления. Выделены следующие функциональные блоки:

§ блок данных о техногенных потоках, основу которых составляют результаты экологической паспортизации источников загрязнения на территории;

§ блок сведений о природном потенциале территории, содержащий количественное описание природных условий, оценку факторов самоочищения, а также групп биологических индикаторов;

§ блок нормативов, содержащий совокупность экологических, технологических, санитарно-гигиенических нормативов, а также нормативов размещения загрязняющих производств;

§ блок моделей и прикладных программ, обеспечивающих оценку экологической сбалансированности экономического объекта и выбор варианта коррекции эколого-экономической системы.

Примером того, как используется такая организация информации при контроле качества окружающей среды, может служить схема 8.7. Если для данного территориально-производственного комплекса определены предельно допустимая техногенная нагрузка, суммарные и дифференцированные по источникам ПДВ и ПДС, то контур регулирования оказывается достаточно простым: главная обратная связь для принятия решений определяется оценкой эмиссии. Если же используются временно согласованные нормативы, то задача усложняется, и для принятия решений относительно большее значение приобретает оценка экономического ущерба.

Принятие решений не ограничивается лишь мерами воздействия на технологические процессы или средства очистки, которые должны уменьшить интенсивность и опасность эмиссии. Возможны и другие варианты: перемещение и перераспределение мощности источников, замена технологии, увеличение санитарно-защитной зоны, создание экологического барьера, отселение людей из зоны активного влияния источника и т.п.

Процедура ОВОС. В соответствии с существующими правилами любая предпроектная и проектная документация, связанная с какими-либо хозяйственными начинаниями, освоением новых территорий, размещением производств, проектированием, строительством и реконструкцией хозяйственных и гражданских объектов, должна содержать раздел «Охрана окружающей среды» и в нем - обязательный подраздел ОВОС - материалы по оценке воздействия на окружающую среду намечаемой деятельности. ОВОС - это предварительное определение характера и степени опасности всех потенциальных видов влияния и оценка экологических, экономических и социальных последствий осуществления проекта; структурированный процесс учета экологических требований в системе подготовки и принятия решений о хозяйственном развитии.

ОВОС предусматривает вариантность решений, учет территориальных особенностей и интересов населения. ОВОС организуется и обеспечивается заказчиком проекта с привлечением компетентных организации и специалистов. Во многих случаях для проведения ОВОС нужны специальные инженерно-экологические изыскания.

В ходе ОВОС должны быть рассмотрены:

§ цель и необходимость предлагаемого хозяйственного начинания, проекта, вида предполагаемой деятельности и способы их осуществления; соответствие целям регионального экоразвития;

§ реальные альтернативы с проработкой вариантов на уровне технико-экономических обоснований, включая нулевой вариант, т.е. отказ от хозяйственного начинания, проекта;

§ состояние окружающей среды и техногенной насыщенности территории на данный момент в предполагаемом районе размещения, включая варианты размещения;

§ виды, характер и степень воздействия на окружающую среду и совокупность реципиентов предполагаемых объектов в условиях освоения, строительства, при пусковом и регламентном режимах эксплуатации и при аварийных ситуациях; специальная оценка аварийности; вариантная проработка оценок экологического риска;

§ изменение состояния среды при условии осуществления рассматриваемых вариантов и составление вариантных прогнозов состояния природного комплекса; оценка возможных остаточных воздействий, долговременные экологические, социальные и экономические последствия;

§ возможности предупреждения и уменьшения вредных воздействий на окружающую среду и здоровье населения; возможности и средства ослабления последствий.

Общим итогом ОВОС является официальное «Заявление о воздействии на окружающую среду» (аналог в зарубежных процедурах ОВОС называется «Заявлением об экологических последствиях»). Заявление выступает как самостоятельный документ, предназначенный для органов, принимающих решения о судьбе проектов. В нем выявляются и рекомендуются к утверждению те проектные решения, осуществление которых: не представляет никакой угрозы для здоровья людей с учетом отдаленных последствий; не связано с производством экологически опасной продукции; не приведет к критическим изменениям в природной среде в период строительства, эксплуатации и ликвидации объекта. Результаты ОВОС вместе с заявлением об экологических последствиях являются важнейшими документами, рассматриваемыми при экологической экспертизе.

Экологическая экспертиза - это специальное изучение хозяйственных и технических проектов, объектов и процессов с целью обоснованного заключения об их соответствии экологическим требованиям, нормам и регламентам. В соответствии с Законом РФ об охране окружающей природной среды «государственная экологическая экспертиза осуществляется на принципах обязательности ее проведения, научной обоснованности и законности ее выводов, независимости, вневедомственности в организации и проведении, широкой гласности и участия общественности» (ст. 35-2). Экологическая экспертиза выполняет функции перспективного предупредительного контроля проектной документации и одновременно функции надзора за экологическим соответствием результатов реализации проектов. Закон РФ «Об экологической экспертизе» (1995) закрепил эту область контроля и надзора за природоохранными органами.

Объектами экологической экспертизы являются:

§ все виды предплановой и предпроектной документации по развитию и размещению производительных сил;

§ технико-экономические обоснования (расчеты) и проекты строительства, реконструкции, расширения, перепрофилирования, технического перевооружения и ликвидации объектов;

§ документация по созданию новой техники, технологии и выпуску новых видов продукции - материалов и изделий;

§ проекты нормативно-правовой, инструктивно-методической и технической документации, регламентирующей различные аспекты природопользования;

§ материалы, характеризующие экологическую ситуацию, формирующуюся под влиянием хозяйственной деятельности;

§ сами хозяйственные объекты в процессе строительства, пуска и режимной эксплуатации в порядке надзора за соблюдением требований экспертизы и соответствия ОВОС.

Важным требованием к экологической экспертизе является ее независимость, подчинение только законам, нормам, стандартам и объективным экологическим требованиям. Заключение экологической экспертизы является юридическим документом, «эксперты несут ответственность за представленные выводы. Повторная экспертиза проводится лишь в том случае, когда строго и объективно доказана серьезная ошибка экспертов. Эти высокие требования пока еще не реализованы в российской практике управления природопользованием.

 

 


ГЛАВА IX. Экологизация экономики

 

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Оценить зависимость отраслей мировой экономики от ресурсов биосферы. 2. Перечислить главные слагаемые экологизации экономики. 3. Указать состав общественных издержек, связанных с необходимостью поддержания качества среды обитания. 4. Объяснить принцип и механизм платности природопользования; особенности его реализации в РФ. 5. Доказать необходимость структурных изменений в экономике и перечислить наиболее приоритетные из них.

Экологическая обусловленность экономики

Основу макроэкономики образуют два фундаментальных факта: 1) материальные потребности людей и всего человеческого общества безграничны и… 2) материальные ресурсы - средства удовлетворения потребностей - ограниченны или редки. Эти факты охватывают всю…

Таблица 9.1

Зависимость отраслей мировой экономики по сырьевому обеспечению объема производства от современных (А) и связанных с геологическим прошлым Земли (Б) экологических процессов и ресурсов биосферы, (в %)

 

Отрасли хозяйства А Б
Энергетика
Нефтепереработка и угленефтегазохимия -
Промышленность строительных материалов
Лесопереработка и бумажная промышленность -
Земледелие
Животноводство -
Рыболовство -
Пищевая и микробиологическая промышленность -
Легкая промышленность

 

Обеспеченность экономики природными ресурсами долгое время не воспринималась как зависимость от законов экологии. Но по мере роста производства и особенно в XX столетии эта зависимость стала проявляться чаще и масштабнее. Оказалось, что для компенсации однопроцентного снижения плодородия почвы затраты на сохранение прежней урожайности следует увеличить на 10%. Выяснилось, что самые лучшие вторичные, т.е. выросшие на месте вырубок леса не могут сравниться с девственным лесом ни по продукции, ни по качеству древесины. После того, как из-за хищнического лова в Атлантике исчезли несколько видов промысловых рыб, стало ясно, что для сохранения устойчивого производства рыбопродуктов необходимо учитывать особенности экологии популяций рыб. Правительства и рыболовные компании ряда стран Европы и Америки выделили крупные суммы на развитие таких исследований. Смена генераций и устойчивость к ядам у колорадского жука не только затрагивает цены на картофель, но и влияет на финансирование химических исследований и производство целого спектра ядохимикатов. Пятая часть общих потерь металла, разрушаемого коррозией, и 77% потерь от коррозии нефтяного оборудования связаны с биокоррозией - деятельностью микробов. Водоросли, моллюски и другие организмы-«обрастатели», поселяясь на днищах судов, могут существенно снизить скорость движения и привести к заметному перерасходу топлива. Ежегодные потери древесины от грибковых заболеваний и массовых размножений насекомых только в России составляют более 20 млн м3. Даже такая ситуация, как стремление Японии вернуть себе Южные Курилы, обусловлена не столько политическими амбициями, сколько привлекательностью акватории этой зоны, где проходят обычные пути миграции тихоокеанских лососей, расположены богатейшие крабовые банки и скопления стад сайры.

Можно привести еще много примеров того, как экология влияет на экономику. Однако следует еще раз повторить, что наиболее значительное влияние обусловлено теми изменениями в природе, которые вызваны хозяйственной деятельностью человека. Суммарный экономический ущерб, нанесенный во второй половине XX века природным системам, окружающей среде и через них - здоровью людей, сейчас уже намного превышает мировой годовой бюджет. Все же практическая экономика стихийно сопротивляется увеличению влияния на нее экологических факторов и экологического долга, так как они накладывают ограничения на рост экономики и все настойчивее требуют возврата огромного кредита.

Главные слагаемые экологизации экономики

Экологизация экономики - важнейшее требование современности. Она означает более разносторонний и, вместе с тем, более системный подход к окружающему… Главные слагаемые экологизации экономики: § кардинальный пересмотр структуры инвестиций в экономику в пользу ресурсосберегающих отраслей;

Экономические издержки и платность природопользования

Для определения величины ущерба разработаны и применяются два подхода: метод прямого счета и метод обобщающих косвенных оценок (Гофман, Гусев, 1977,…   Уа = Узаб + Упром + Ус.х. + Ул.х. + Ур.х. + Уж.к.х. + Утек + Удр. (9.1)

Рис. 9.1. Классификация общественных издержек, связанных с экологическим качеством среды

 

Общая структура природоохранных затрат в Российской Федерации приведена в табл. 9.2. В таблицу внесена также величина валового внутреннего продукта (ВВП) и отношение, показывающее, какую долю от ВВП составляют затраты на охрану природы. С 1990 по 1998 г. произошел заметный спад абсолютной величины вложений в природоохранные меры и уменьшилась их доля в ВВП. Они никогда и не были достаточными. В частности, капитальные вложения никогда не превышали 0,5% от ВВП. Начиная с 1995 г. они составляли около 0,1% ВВП. Сравнение приведенных данных с масштабами природоохранных капвложений в зарубежных странах, где они достигают 2-3% ВВП, мягко говоря, не в пользу России.

Основными источниками капитальных затрат в природоохранной сфере остаются средства предприятий и организаций всех форм собственности. Из федерального бюджета финансировалось незначительное число мероприятий, включенных в федеральные программы и деятельность природоохранных ведомств.

 

Таблица 9.2

Затраты на охрану природы в Российской Федерации в 1990 и 1998 гг. (млн усл. единиц)

Статьи, расходов
Текущие затраты на содержание и эксплуатацию природоохранных сооружений и проведение природоохранных мероприятий - всего
в том числе    
на охрану водных ресурсов
на охрану атмосферного воздуха
на охрану и рекультивацию земель -
Капитальные вложения в охрану природы - всего
в том числе    
водных ресурсов
атмосферного воздуха
Затраты на капитальный ремонт основных природоохранных фондов
Расходы на ведение лесного хозяйства
Расходы на содержание заповедников и сохранение фауны
Общая сумма затрат на охрану природы и окружающей среды
Оценка экономического ущерба от загрязнения среды
ВВП
Общие затраты/ВВП, % 0,88 0,64
Капиталовложения/ВВП, % 0,20 0,09
Ущерб/ВВП, % 7,87 7,93

 

Плата за природные ресурсы. Важнейшим условием перехода на путь экоразвития является вопрос платности природопользования. Обычно, когда говорят о плате за природные ресурсы выделяют три группы платежей: непосредственно плата за природные ресурсы, плата за загрязнение и экологические налоги и штрафы. На схеме рис. 9.2 представлена современная структура платежей, в виде нескольких взаимосвязанных блоков. В первую группу входит плата за природные ресурсы - землю, воду, недра, флору и фауну, ценные природные объекты, которые эксплуатируются, потребляются или подвергаются тем или иным неблагоприятным воздействиям при различных формах хозяйственной деятельности. Плата за ресурсы - это денежное возмещение природопользователем общественных затрат по изысканию, сохранению, восстановлению используемого природного ресурса, а также тех усилий, которые обществу предстоит сделать для возмещения или адекватной замены эксплуатируемого ресурса в будущем.

С эколого-акономической точки зрения, плату за природные ресурсы следует исчислять с учетом регионального и глобального воздействия экономики на природные системы и с учетом издержек, обусловленных межресурсными связями. Например, масштабная вырубка лесов ведет к нарушению водного баланса большой территории и газового равновесия в атмосфере. А использование вод Аму-Дарьи и Сыр-Дарьи на орошение не только ведет к гибели Арала, но изменяет гидроклиматические условия всей Средней Азии и создает обстановку серьезных экологических поражений людей и природных систем. Поэтому необходима обязательная экономическая воямездность пользования природными ресурсами.

Существующие методы определения размеров платы за ресурсы пока не учитывают всех, факторов формирования их стоимости. Они основаны преимущественно на исчислении дифференциальной ренты и приложимы только к уже эксплуатируемым природным благам. Следование принципу платности ведет к инфляционным явлениям, так как природные ресурсы со временем в рамках исторической формы ведения хозяйства могут лишь дорожать (это не исключает временного снижения цен на них). Однако поддержание природно-ресурсного потенциала развития общества требует и специальных денежных средств на такое поддержание. Плата за природные ресурсы становится неизбежной.

Она включает эксплуатационные платежи и оплату охраны и воспроизводства природных ресурсов. Предусматривается две категории эксплуатационных платежей: плата за нормативное потребление и расходование ресурса и плата за сверхнормативное расходование, которая значительно выше и резко прогрессивна. Нормативы платы устанавливаются на основе кадастровых оценок соответствующих видов ресурсов.

 

 

Рис. 9.2. Структура платежей в области природопользования

 

В подготовленном Минпиродой РФ проекте «Национального плана действий по реализации решений Конференции ООН по окружающей среде и развитию» содержатся следующие рекомендации:

§ разработать и внедрить систему территориальных кадастров природных ресурсов, включающих их стоимостные оценки;

§ сформировать систему экологических ограничений и регламентации режимов природопользования;

§ осуществить мероприятия по развитию и поддержке экологического предпринимательства и совершенствованию законодательства в интересах развития рынка экологических услуг.

Плата за природные ресурсы включает и платежи на восстановительное природопользование, поддержание возобновимых ресурсов территорий в устойчивом продуктивном состоянии (рыборазведение, агролесомелиорация, противоэрозионные меры, рекультивация и др.). Соответствующие нормативы платы определяются на основании объема затрат на восстановление

природных объектов и проведение мероприятий по их охране, на создание и ведение системы государственного контроля за состоянием природных ресурсов и иные мероприятия.

Плата за загрязнение среды является формой компенсации ущерба, наносимого загрязнением. Существуют и другие трактовки платы за загрязнение. В литературе, посвященной определению общих принципов платного природопользования, есть такие формулировки:

а) плата за выбросы загрязняющих веществ в природную среду в пределах установленных лимитов рассматривается как плата за использование природных ресурсов (ассимиляционной способности природной среды к разбавлению и нейтрализации вредных веществ);

б) платежи за загрязнение есть форма арендной платы за использование ассимиляционного потенциала среды;

в) плата за загрязнение есть форма платы за природные ресурсы, трансформированные в загрязнения (неиспользованные отходы).

Такими трактовками маскируется стремление по возможности снизить расплату за загрязнение, так как любому специалисту должно быть ясно, что природный ресурс, трансформированный в процессе производства в яд, может нанести ущерб в миллионы раз превосходящий стоимость исходного ресурса (например, диоксин, получающийся при переработке нефтепродуктов, или плутоний, получаемый из природного урана).

Что касается ассимиляционной способности природной среды, то ссылка на нее также помогает занизить плату, поскольку в пределах установленных лимитов, т.е. в пределах загрязнения до ПДК, ассимиляционная способность среды благодаря ее большому объему считается очень недорогой. Но, как уже подчеркивалось раньше, ПДК не могут служить мерой ассимиляционной способности среды, а ее цена определяется ценой жизни на планете.

Платежи за выделение (эмиссию) и внесение в природную среду вредных веществ - с выбросами в атмосферу, со стоками в водоемы, с размещением отходов на поверхности земли - подразделяются на плату за эмиссии в пределах установленных лимитов и плату за сверхлимитные, сверхнормативные эмиссии. Лимиты должны устанавливаться органами государственного экологического контроля и надзора на основании величин ПДВ н ПДС для каждого источника, но всегда быть ниже этих нормативов. Использование в качестве лимитов ВСВ и ВСС, а также перераспределение лимитов в групповых источниках может допускаться только в исключительных случаях в порядке платного лицензирования.

Нормативы платы за эмиссию загрязнителей в пределах установленных лимитов определяются на основании региональных затрат на предотвращение и компенсацию ущерба, наносимого загрязнением. Нормативы платы за сверхлимитное загрязнение должны устанавливаться по величине наносимого данными источниками ущерба и взыматься в кратном размере.

Механизм определения платы за загрязнение должен учитывать экологические особенности территории, отраслевую структуру хозяйства, оценку сроков исчерпаемости первичных ресурсов, возможность вытеснения их из технологических процессов более доступными заменителями, темпы и величину затрат на освоение и внедрение в производство новых материалов.

В утвержденных Минприродой РФ Инструктивно-методических указаниях по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды (1993) размер платы определяется как сумма платежей за загрязнение:

§ в размерах не превышающих установленные природопользователю предельно допустимые нормативы выбросов, сбросов загрязняющих веществ (ПДВ, ПДС);

§ в пределах временно установленных лимитов (ВСВ, ВСС);

§ за сверхлимитное загрязнение окружающей природной среды.

Плата за выбросы (сбросы) загрязняющих веществ в размерах не превышающих нормативы ПДВ, ПДС, определяется произведением

 

Пн = Сн М(9.5)

 

при условии, что М £ ПДВ или ПДС,

где Сн - ставка платы за выбросы 1 т загрязняющего вещества в пределах установленных нормативов, ден.ед./т;

М - фактический выброс загрязняющего вещества, в т. В свою очередь ставка платы за выброс одной тонны загрязнителя:

 

Сн = Нбн Кэ(9.6)

 

где Нбн - базовый норматив платы за выброс 1 т загрязнителя в размерах, не превышающих ПДВ, в ден.ед.;

Кэ - коэффициент экологической ситуации в данном регионе (для большинства зон Кэ = 1-; для крупных промышленных центров Кэ = 1,2; для особо ценных охраняемых территорий, заповедников, районов Крайнего Севера и зон экологического бедствия Kэ = 2).

Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы, размещение загрязняющих веществ определяются как произведение удельного экономического ущерба (У) от выбросов и сбросов 1 т загрязняющего вещества на коэффициент его относительной опасности (К0) и на коэффициент индексации платы (Кн):

 

Нбн = УК0Кн(9.7)

 

В цитируемом документе относительные оценки удельного ущерба составляют:

- для размещения нетоксичных отходов добывающей промышленности - 0,1;

- для сублимитных выбросов в атмосферу - 3,3;

- для размещения нетоксичных отходов перерабатывающей промышленности - 4,6;

- для токсичных отходов IV класса опасности - 80;

- для сублимитного сброса в водоемы - 443,5. В ценах 1990 года эти цифры соответствуют рублям на тонну.

Плата за выбросы и сбросы в пределах временно согласованных лимитов определяется путем умножения базовой ставки на относительную разность между ВСВ и ПДВ или ВСС и ПДС. Плата за сверхлимитный выброс определяется произведением базовой ставки на кратность превышения лимита и на пятикратный повышающий коэффициент. Эти указания содержат и серьезные недостатки. В соответствии с ними от платы за загрязнение в пределах лимитов может освобождаться широкий круг природопользователей, которые финансируются из бюджетов РФ и субъектов Федерации, включая все вооруженные силы страны, а также природопользователей, связанных с производством тепла и электрической энергии для нужд населения, и тд. Усеченная таким образом система платежей, не подкрепленная законодательными актами, не может способствовать повышению ответственности природопользователей за ухудшение качества окружающей среды.

Система экологического налогообложения еще только разрабатывается. Кроме общего средозощитного налога на прибыль, потребность в котором вытекает из ситуации экологического кризиса, в нее могут входить налоги на использование экологически опасной технологии и наценки на выпуск экологически опасной продукции. К ним примыкают отчисления из прибыли за природоохранные сооружения и оборудование, аналогичные той плате, которая узаконена по отношению к основным производственным фондам. Необходимость этой меры связана с низкой эффективностью работы значительной части средозащитных сооружений и устройств. Эту плату следует дифференцировать в зависимости от эффективности и срока эксплуатации этих объектов, причем плата за неисправности и малоэффективные установки должна быть существенно повышена. Введение в эксплуатацию природоохранных средств часто срывается или сильно задерживается. Поэтому следует ввести высокие штрафные санкции за задержку ввода в эксплуатацию, кратные нанесенному ущербу.

В систему экологического налогообложения входит и плата за кредит на природоохранные средства. Природоохранное кредитование должно иметь льготный характер, и поэтому плата за кредит будет относительно небольшой, но она должна быть поставлена в зависимость от срока освоения средств; превышение нормативного срока освоения существенно повышает ставку платы за кредит. А ввод в эксплуатацию предприятия, получившего кредит, без средозащитных устройств наказывается помимо других санкций высоким штрафным процентом за кредит. На схеме структуры платежей (рис. 9.2) под номерами 6 и 7 указаны специальные штрафные санкции за серьезные экологические нарушения - залповые аварийные выбросы и сбросы опасных загрязнителей, несоблюдение мер экологической безопасности, превышение договорных квот на эмиссию парниковых газов и нарушение соглашений о трансграничном переносе поллютантов.

Параллельно с системой платежей должна функционировать и система экономического стимулирования экологизации хозяйства. Она предусматривает:

§ налоговые льготы на прибыль, направляемую на все формы снижения природоемкости производства, в частности уменьшение налогооблагаемой прибыли при осуществлении средозащитных мер, освобождение природоохранных затрат от налога на добавленную стоимость и другие льготы;

§ налоговые льготы для предприятий, выпускающих природоохранное оборудование, материалы и препараты, а также приборы и оборудование для контроля эмиссии и качества среды;

§ дополнительное финансирование и льготное кредитование перспективных экологических программ и проектов, внедрения новых средозащитных средств и малоотходных технологий;

§ премиальные выплаты за сублимитное снижение выбросов вредных отходов, внедрение малоотходных технологий и переработку отходов, повышение экологических качеств продукции; улучшение экологического контроля производства и т.д.

Система платежей, налогообложения и стимулирования должна быть организована таким образом, чтобы природопользователям было выгоднее изменять технологию, осваивать менее природоемкие процессы, нежели платить налоги и штрафы. Но для этого ставки как платежей и штрафов, так и стимулов должны быть не символическими, а весьма ощутимыми - на уровне ставок, связанных с основным производством. От всей системы платности природопользования требуется достаточная гибкость, способность оперативно отслеживать изменения природоемкости производства, быть регулятором экологизации.

Экологические фонды. Важной составной частью экономического механизма природопользования и экологизации экономики призваны быть экологические финансовые фонды. В соответствии с Законом об охране окружающей природной среды в Российской Федерации создана система внебюджетных государственных экологических фондов. Их образование дает возможность осуществлять дополнительные мероприятия по охране окружающей среды сверх ассигнований, предусмотренных на эти цели в государственном бюджете.

Федеральный и региональные экологические фонды образуются из средств, поступающих от предприятий, учреждений, организаций и граждан. Главным источником фондов является совокупность платежей, рассмотренная выше. Основные поступления обеспечиваются платой за загрязнение природной среды. Кроме этого определенная часть фондов складываете из:

§ средств, полученных в виде дивидендов, процентов по вкладам, банковским депозитам и от долевого использования собственных средств фонда в деятельности предприятий и других юридических лиц;

§ сумм, полученных по искам о возмещении вреда и штрафов за экологические правонарушения, а также сумм от реализации конфискованных орудий незаконного промысла и добытой с их помощью продукции;

§ доходов от промыслов, индивидуальной и кооперативной трудовой деятельности, использования рекреационных мероприятий, а также доходов от размещения природоохранных займов, лотерей, выставок и других коммерческих мероприятий;

§ добровольных взносов предприятий, учреждений, общественных организаций и граждан.

Средства экологических фондов согласно Закону об охране окружающей природной среды распределяются следующим образом: 60% - на реализацию природоохранных мер местного значения; 30% - на природоохранные нужды краев и областей; 10% - на федеральные нужды. Функциональная структура использования природоохранных фондов представлена на схеме рис. 9.3.

Особую группу составляют фонды экологического страхования, или фонды экологической безопасности, создаваемые государственными или частными финансовыми органами для оказания помощи и компенсационных выплат предприятиям, учреждениям и гражданам на случаи причинения серьезного ущерба изменениями в окружающей среде, которые квалифицируются как экологические кризисные ситуации, экологические катастрофы или экологическое бедствие. В индустриально развитых странах экологическое страхование широко применяется в сферах деятельности, являющихся источниками повышенного экологического риска. Подобные предприятия или фирмы обязаны иметь собственные страховые фонды экологической безопасности.

В Российской Федерации порядок экологического страхования не определен, хотя в Законе об охране окружающей природной среды упоминается «добровольное и обязательное государственное экологическое страхование на случай экологического и стихийного бедствия, аварий и катастроф. Прежняя практика вообще не предусматривала такой формы страхования и компенсаций за счет средств ведомств или предприятий, являющихся источниками экологической опасности. Последствия всех крупных аварий в нашей стране покрываются из бюджета, т.е. оплачиваются самим населением.

Осознание важности экономических стимулов защиты природной среды и экологизации хозяйственной деятельности, острота экологических проблем во многих странах привели к образованию ряда международных экологических фондов, поддерживающих различные международные, региональные и национальные программы по охране природы, экологическому образованию, обмену экологической информацией и т.п. К ним относятся Всемирный фонд охраны природы; Фонд Центра за наше общее будущее (1989), распространяющий идеи и рекомендации МКОСР; Фонд Глобального экосодействия, учрежденный в 1990 г. Программой развития ООН, Всемирным банком и ЮНЕП; Фонд Совета Земли (1993) и некоторые другие фонды.

 

Рис. 9.3. Структура использования апологических фондов

Необходимость структурных изменений экономики

1) количественную и качественную перестройку экономики ресурсов энергетики и промышленности, ориентированную на их максимальные экономию и… 2) изменение отраслевой и технологической структуры производства с постепенным… 3) поэтапное включение в механизмы и факторы ценообразования всех экологических издержек хозяйственной деятельности и…

ГЛАВА X. Экологизация производства

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Охарактеризовать основные направления экологизации промышленного производства, энергетики, сельского хозяйства и транспорта. 2. Дать определение безотходной и малоотходной технологиям и прокомментировать возможности их реализации. 3. Рассчитать коэффициент безотходности и коэффициент вредного действия. 4. Оценить современные промышленные технологии с точки зрения их природоемкости. 5. Привести примеры биотехнологий и рассказать об их достоинствах и недостатках. 6. Перечислить методы и средства защиты окружающей среды, оценить вклад средозащитной техники в экологизацию производства. 7. Изложить свои соображения по поводу постиндустриальных технологий.

Принципы и технологии экологизации производства

По существу концентрированно и перемещение вредных веществ в пространстве или, наоборот, их разбавление в больших объемах транспортирующих сред -… Более прогрессивное направление - очистка выбросов и стоков от загрязнителей -… Экологизация промышленного производства нацелена на одновременное повышение эффективности и снижение его…

Рис. 10.2. Материальные потоки в производственных процессах различной степени замкнутости

 

 

Проблемы отходности производства

Так, согласно определению, принятому на семинаре Европейской экономической комиссии ООН по малоотходной технологии (Ташкент, 1984), «безотходная… Иногда, особенно в зарубежной литературе, употребляется термин «чистое… Создание малоотходных ресурсосберегающих технологий выдвигает ряд общих требований, направленных на качественное…

Биотехнологии

Между тем экологизация производства требует, чтобы естественные биологические процессы не подавлялись и не вытеснялись техногенезом, а наоборот,… Возможности биотехнологий намного шире, чем принято думать. Они огромны по… Все большее развитие получают биотехнологии, непосредственно связанные с защитой окружающей среды.

Рис. 10.4. Классификация методов и средств защиты окружающей среды

Средозащитная техника

Активные методы направлены непосредственно на источник загрязнения, они позволяют свести к минимуму поступление в среду всех видов отходов. Главные… Пассивные методы и средства не оказывают прямого воздействия на источник… Мероприятия по рациональному размещению источников загрязнения решаются на различном уровне (общегосударственном,…

Рис. 10.5. Классификация методов и аппаратов для очистки промышленных выбросов

 

С экологической точки зрения, основным показателем работы очистного оборудования является эффективность очистки:

(10.7)

 

где Свх и Свых - массовые концентрации примесей в газе до и после очистки.

Важной характеристикой аппарата очистки служит величина аэродинамического сопротивления, которое определяется как разность давлений газового потока на входе и выходе. От этой величины зависят качество очистки, мощность побудителя движения газов, необходимые энергозатраты, а, следовательно, и расходы по эксплуатации газоочистного агрегата.

Для очистки от пыли необходимо учитывать физико-химические характеристики пыли: плотность, фракционный состав, адгезивные свойства, смачиваемость, гигроскопичность, электрические свойства частиц и слоя пыли, способность пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей. Для улавливания пыли сухим способом используют пылеосацительные камеры, инерционные пылеуловители, жалюзийные аппараты, циклоны, ротационные и вихревые пылеуловители, фильтры и электрофильтры (рис. 10.6).

 

Рис. 10.6. Пылеулавливающие аппараты сухой очистки:

А - пылеосадительная камера: 1 - корпус, 2 - бункер, 3 - перегородка; Б - инерционный пылеуловитель: 1 - корпус, 2 - перегородка; В - жалюзийный пылеуловитель: 1 - корпус, 2 - решетки; Г - циклон: 1 - корпус, 2 - входной патрубок, 3 - выходная труба, 4- бункер

 

Для тонкой очистки газовых выбросов широко используют различные типы фильтров. Фильтрующими элементами могут быть гибкие и жесткие пористые перегородки из разнообразных материалов - от тонких тканей до перфорированных металлических стенок и керамики. Наибольшее распространение получили рукавные фильтры из тканевых материалов. В процессе эксплуатации рукава периодически встряхиваются и продуваются для восстановления фильтрующей способности. Эффективность очистки от пыли в рукавных фильтрах достигает 99%.

Аппараты мокрой очистки газов отличаются высокой эффективностью улавливания мелкодисперсных пылей, возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. В качестве газопромывающей жидкости обычно используется вода. Существуют разнообразные конструкции таких аппаратов. Схемы наиболее распространенных показаны на рис. 10.7.

 

Рис. 10.7. Пылеуловители мокрой очистки:

А - полный форсуночный газопромывагель: 1 - корпус, 2 - форсунки; Б - скруббер Вентури: 1 - труба-распылитель, 2 - циклоп-пылеуловитель

 

Электрическая очистка - один из наиболее совершенных методов очистки газов от мелкодисперсной пыли. Установка электрической очистки состоит из собственно электрофильтра и питающего устройства, предназначенного для подачи тока высокого напряжения на электроды электрофильтра. Отрицательно заряженные аэрозольные частицы под действием электрического поля движутся к осадительному электроду, а относительно небольшая масса положительно заряженных частиц оседает на коронирующем электроде.

Улавливание туманов. Для очистки газовых выбросов от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей применяют волокнистые и сеточные фильтры-туманоуловители и мокрые электрофильтры. Их действие основано на захвате частиц жидкости волокнами при пропускании туманов через фильтрующий элемент с последующим отеканием жидкости. Для улавливания грубодисперсных примесей используют брызгоуловители, состоящие из пакетов металлических сеток. Часто применяют двухступенчатые установки, включающие фильтр для улавливания крупных капель и фильтр для очистки от тумана. Мокрые электрофильтры, применяемые для улавливания туманов, по принципу действия аналогичны сухим электрофильтрам.

Для очистки газов от газо- и парообразных загрязнителей применяют четыре основных способа: промывку выбросов и поглощение примесей жидкостью (абсорбция), поглощение примесей твердыми активными веществами (адсорбция), поглощение примесей за счет каталитических превращений и термическая нейтрализация отходящих газов. Для улавливания паров летучих растворителей используют также метод конденсации, в основе которого лежит уменьшение давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Очистка выбросов методом абсорбции состоит в разделении газообразной смеси на составные части путем поглощения некоторых газовых компонентов жидким поглотителем (абсорбентом). Для контакта газового потока с абсорбентом газ пропускают через абсорберы - насадочные башни, форсуночные, барботажнопенные скрубберы и другие аппараты. Отработанный раствор подвергают регенерации, десорбируя загрязняющее вещество, и возвращают его в процесс очистки либо выводят в качестве побочного продукта.

Адсорбционные методы очистки газов основаны на способности некоторых твердых пористых тел - адсорбентов - селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердого тела межмолекулярными силами притяжения. В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым газом. В качестве адсорбентов применяют пористые материалы с развитой поверхностью: активные угли, силикогель, алюмогель, цеолиты. Процесс очистки проводят в адсорберах, которые выполняются в виде вертикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных адсорбентом. Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых отработанный поглотитель по мере необходимости заменяют либо регенерируют. Адсорбированные вещества удаляют десорбцией инертным газом или паром, иногда проводят термическую регенерацию.

Каталитические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные или менее токсичные в присутствии катализаторов. Катализаторы существенно ускоряют химические взаимодействия удаляемых веществ с одним из компонентов газовой смеси или со специально добавляемым веществом. Очищаемые газы не должны содержать катализаторные яды. В качестве катализаторов используют металлы (платину, палладий, медь) или их соединения (оксиды меди, марганца и др.), нанесенные тонким слоем на основу из относительно недорогого металла. Наиболее многочисленную группу аппаратов составляют термокаталитические реакторы, объединяющие в одном корпусе рекуператор теплоты, подогреватель и контактный узел. Термокаталитические реакторы с электроподогревом применяют для очистки газовых выбросов сушильных камер окрасочных линии и других производств от органических веществ.

Термические методы основаны на свойстве горючих токсичных компонентов окисляться до менее токсичных при наличии кислорода и высокой температуры газовой смеси. Эти методы применяют для освобождения газов от легкоокисляемых токсичных примесей при больших объемах выбросов и высокой концентрации загрязняющих веществ. Используют три основных схемы термонейтрализации промышленных выбросов: прямое сжигание в пламени, термическое окисление и каталитическое сжигание. Область применения термических методов ограничена характером образующихся при окислении продуктов реакции.

Многоступенчатая очистка. Сложный состав промышленных выбросов и высокие концентрации содержащихся в них токсичных компонентов предопределяют применение многоступенчатых систем очистки и обезвреживания отходящих газов, представляющих комбинацию рассмотренных выше методов и аппаратов. В этом случае очищаемые газы последовательно проходят через несколько автономных аппаратов очистки либо через комплексный агрегат, включающий несколько ступеней очистки. Такие решения возможны для обеспечения высокоэффективной очистки газов от пылей, при одновременной очистке от твердых и газообразных примесей, при очистке от твердых частиц и туманов и т.п.

Эффективность систем газоочистки определяется не только степенью очистки технологических и вентиляционных выбросов от вредных примесей, но и возможностью использования или нейтрализации и изоляции уловленных продуктов.

Средства защиты воды. Меры по защите водных объектов от промышленных загрязнений включают:

§ применение безводных и маловодных технологий и замкнутых циклов водоснабжения;

§ предотвращение или снижение загрязнения воды, забираемой из природных источников;

§ очистку сточных вод.

Водообеспечение потребителей воды может быть прямоточным, последовательным и оборотным. При прямоточном водоснабжении вся забираемая вода за исключением безвозвратных потерь (испарение, пролив, включение в продукцию) после проведения технологического процесса возвращается в водоем. При последовательной схеме вода, поступающая из источника водоснабжения, многократно используется в нескольких процессах.

Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды и сведения к минимуму сброса стоков в водоемы - внедрение оборотных и замкнутых систем водоснабжения. Оборотную воду используют в теплообменных аппаратах для отведения избыточного тепла, для промывки деталей, изделий, а также в качестве растворителя или реакционной среды. В зависимости от целевого назначения оборотного водоснабжения возможны схемы с охлаждением, с очисткой оборотной воды и комбинированные схемы с одновременной очисткой и охлаждением воды.

Для предотвращения коррозии, биологического обрастания трубопроводов и аппаратуры часть оборотной воды выводят из системы, добавляя свежую воду из водоема или очищенные сточные воды (продувочная вода). Кроме того, некоторая часть воды теряется на охладительных установках - градирнях (испарение с поверхности, разбрызгивание). Для компенсации безвозвратных потерь воды осуществляют подпитку системы из открытых водоемов и подземных источников водоснабжения. Количество добавляемой воды, как правило, не превышает 5-10% от ее количества, циркулирующего в системе. Применение оборотного водоснабжения позволяет уменьшить потребление свежей воды в промышленных производствах в 10-50 раз.

 

Рис. 10.8. Классификация методов очистки промышленных сточных вод

 

В замкнутой (бессточной) системе вода используется в производственных процессах многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем. Замкнутые системы технически сложнее, но они в наибольшей степени соответствуют принципам безотходного производства. Их следует вводить на реконструируемых и вновь строящихся предприятиях.

Замкнутая система водоснабжения обеспечивает экономию свежей воды во всех производствах, максимальную рекуперацию сточных вод и практически исключает загрязнение окружающей среды.

Различные методы очистки сточных вод (рис. 10.8) подразделяют на рекуперационные и деструктивные. Первые предусматривают извлечение из промышленных сточных вод ценных веществ и дальнейшую их переработку. При деструктивных методах очистки загрязнители разрушаются путем окисления или восстановления с последующим удалением разрушенных продуктов из воды в виде газов или осадков. Механическая очистка служит предварительным этапом очистки производственных сточных вод. Удаление взвешенных примесей достигается отстаиванием, фильтрованием или циклонированием. Отстаивание производят в отстойниках (рис. 10.9, А), песколовках, осветлителях различных конструкций. При отстаивании отделяются и осадки, и всплывшие примеси - жиры, масла, нефтепродукты, которые удаляют с помощью нефтеловушек. Для интенсификации осаждения взвешенных частиц вода подвергается действию центробежной силы в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Конструктивная схема гидроциклона (рис. 10.9, Б) аналогична схеме циклона для очистки газов.

 

Рис. 10.9. Аппараты механической очистки сточных вод:

А - горизонтальный отстойник: 1 - входной поток, 2 - отстойная камера, 3 - выходной поток, 4 - приемник; Б - напорный гидроциклон

 

Фильтрование применяют для выделения из сточных вод тонкодисперсных примесей твердых или жидких веществ. Распространены два основных типа фильтров: зернистые и микрофильтры. В зернистых фильтрах воду пропускают через насадки из несвязных пористых материалов (антрацит, песок, мраморная крошка и др.). Фильтрующие элементы микрофильтров изготавливают из сеток с ячейками размером от 40 до 70 мкм и из сплошных пористых материалов. Для очистки сточных вод от маслопродуктов широко используют пенополиуретан, который обладает большой маслопоглотительной способностью.

Химическую очистку используют для удаления растворимых примесей из сточных вод перед спуском их в водоем или городскую канализацию, иногда до или после биологической очистки, а также в замкнутых системах водоснабжения. Основные методы химической очистки: нейтрализация, окисление и восстановление. Нейтрализации подвергают сточные воды, содержащие кислоты или щелочи с целью приведения реакции среды близкой к нейтральной (рН = 6,5 - 8,0). Нейтрализацию проводят смешиванием кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием сточных вод через нейтрализующие материалы. Осваивается способ нейтрализации щелочных вод дымовыми газами, содержащими СО2, SO2, NO4, что позволяет одновременно проводить эффективную очистку от вредных компонентов и самих газовых выбросов.

Окисление применяют для обезвреживания сточных вод от токсичных примесей (цианидов, растворенных соединений мышьяка и др.), извлечение которых нецелесообразно либо невозможно другими способами. В качестве окислителей при очистке сточных вод используют газообразный и сжиженный хлор, кислород воздуха, озон и другие реагенты. Озон, являясь сильным окислителем, способен разрушать в водных растворах органические вещества и другие примеси. Озонирование применяется для очистки сточных вод от нефтепродуктов, фенола, сероводорода, цианидов и других примесей. Одновременно обеспечивается устранение привкусов, запахов, обесцвечивание и обеззараживание воды. К преимуществам озонирования (по сравнению с хлорированием) относится и возможность получения озона непосредственно на очистных сооружениях в озонаторах, где он образуется из кислорода воздуха под действием электрического разряда.

Биологическая очистка сточных вод играет главную роль в освобождении воды от органических и некоторых минеральных загрязнений. Она сходна с природным процессом самоочищения водоемов. Биоочистка осуществляется сообществом организмов, которое состоит из различных бактерий, водорослей, грибков, простейших, червей и др. Процесс очистки основан на способности этих организмов использовать растворенные примеси для питания, роста и размножения.

Под действием микроорганизмов могут протекать два процесса - окислительный (аэробный) и восстановительный (анаэробный). В аэробных процессах микроорганизмы, культивирующиеся в активном иле либо в биопленке, используют растворенный в воде кислород. Для их жизнедеятельности необходимы постоянный приток кислорода и температура 20-30° С. Анаэробная очистка протекает без доступа кислорода, основной процесс здесь - сбраживание ила. Эти методы применяют для очистки от органики сильно концентрированных сточных вод и для обезвреживания осадков.

Биологическая очистка сточных вод может проходить в естественных условиях (на полях орошения, полях фильтрации, биологических прудах) и в искусственных сооружениях - аэротенках и биофильтрах разной конструкции. Биологическую очистку производственных сточных вод проводят обычно в искусственных условиях, где процессы очистки протекают с большей скоростью.

Аэротенк представляет собой разделенный перегородками на отдельные коридоры железобетонный резервуар, который оборудован устройствами для принудительной аэрации. Процесс очистки в аэротенке идет по мере пропускания через него аэририруемой смеси сточной воды и активного ила, состоящего из живых организмов и твердого субстрата (отмершей части водорослей и различных твердых остатков). За несколько часов основная масса органики перерабатывается. Из аэротенка смесь обработанной сточной воды и активного ила поступает во вторичный отстойник. Осевший на дно активный ил отводится в резервуар насосной станции, а очищенная сточная вода поступает либо на дальнейшую доочистку, либо дезинфицируется. В процессе биологического окисления происходит прирост биомассы активного ила. Избыток его направляется в сооружения по обработке осадка, а основная часть в виде циркуляционного активного ила снова возвращается в аэротенк.

В биофильтрах сточная вода фильтруется через слой кусковой загрузки, в качестве которой используют щебень, гравий, шлак, керамзит, пластмассу, металлическую сетку и другие материалы, на поверхности которых образуется биологическая пленка, выполняющая те же функции, что и активный ил. Она адсорбирует и перерабатывает органические вещества, находящиеся в сточных водах. Окислительная мощность биофильтров увеличивается при подаче в них сжатого воздуха в направлении, противоположном фильтрованию.

В процессе биологической очистки сточных вод образуется большая масса осадков, которые необходимо утилизировать либо обезвредить и изолировать. С этой целью применяют уплотнение активного ила, обезвоживание, термическую обработку и другие операции. После обезвреживания осадки можно использовать в качестве органоминеральных удобрений или компонента некоторых материалов. При внесении обработанного ила на поля существуют количественные ограничения, обусловленные присутствием в иле токсичных ионов металлов и следовых количеств токсичных органических соединений. Разработаны технологии рекуперации активного ила, с помощью которых получают белково-витаминные продукты, кормовые дрожжи и технические витамины для комбикормовой промышленности.

Эффективная очистка промышленных и коммунально-бытовых сточных вод представляет одну из наиболее актуальных инженерно-экологических проблем. Она усложняется использованием общих систем канализации для бытовых и промышленных стоков, широким применением гидросмыва экскрементов человека и животных, смешиванием продуктов их жизнедеятельности с растворами стиральных порошков, шампуней и других СПАВ. Даже при очистке сточных вод биологическим методом из них извлекается не более 90% органических веществ и всего лишь 10-40% неорганических соединений.

Существующие процессы биологической очистки сточных вод позволяют разрушать только относительно простые органические соединения, степень очистки от неорганических и сложных органических веществ гораздо ниже. Это приводит к необходимости получения новых штаммов микроорганизмов, пригодных для очистки специальных промышленных стоков. Уже есть множество примеров использования селекционированных штаммов для улучшения очистки сточных вод, содержащих ионы тяжелых металлов, фенолы, цианиды и другие токсичные загрязнители.

Физико-химические методы используют для глубокой очистки сточных вод, удаления из них тонкодисперсных взвешенных частиц (твердых и жидких) и растворимых примесей. По сравнению с другими методами очистки они имеют ряд преимуществ и область их применения в последние годы постоянно расширяется. К этой группе методов относятся: коагуляция, флотация, сорбция, ионный обмен, экстракция, гилерфильтрация, электрохимическая очистка, эвапорация, десорбция, дезодорация, дегазация и другие.

К ним примыкают электрохимические методы очистки сточных вод, включающие процессы анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляцию, электрофлотацию и электродиализ. Все эти процессы происходят при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Электрохимическая очистка позволяет извлекать из сточных вод растворимые и взвешенные примеси без использования химических реагентов, обеспечивает возможность автоматизации технологического процесса очистки, упрощает эксплуатацию очистных сооружений. Основной недостаток электрохимических методов - большое потребление электроэнергии.

При проектировании очистных сооружений промышленных предприятий необходимо выбрать эффективные методы и схемы очистки сточных вод. Наиболее рациональным считается сочетание оборотных систем водоснабжения, методов локальной и общей очистки. Локальная очистка позволяет извлечь из стоков разных производств наиболее ценные компоненты, а также вещества, затрудняющие общую очистку. Воды, очищенные от характерных для данного производства примесей, проходят вторую ступень очистки в общезаводских очистных сооружениях. В общем стоке можно использовать нейтрализующие, коагулирующие и другие свойства компонентов локальных стоков.

Производственные сточные воды разделяют или объединяют в потоки по преобладающим загрязнителям с учетом мест образования и количества сто-' ков. При отсутствии резко выраженных видов загрязнений все производственные сточные воды объединяют в один поток, устанавливая на входе очистных сооружений специальные емкости - коллекторные усреднители.

Перспективным направлением водообеспечения и защиты водных объектов от загрязнения является создание межотраслевых водохозяйственных систем, учитывающих взаимосвязанное развитие технологий производства, водопользования, обработки и утилизации отводимых вод (Кухарь и др., 1989). В представленной на рис. 10.10 схеме предусматриваются оборотное и повторное использование вод, локальная и общая очистка стоков на предприятиях промышленности и энергетики. Часть промышленных сточных вод, прошедших локальную очистку, и стоки коммунального хозяйства обрабатываются совместно на централизованных (региональных, городских) очистных сооружениях. Межотраслевые водохозяйственные системы позволяют использовать очищенные бытовые и промышленные сточные воды для орошаемого земледелия, а тепло сбросных вод электроэнергетики - для интенсификации сельскохозяйственного производства (например, обогрева теплиц) и рыбного хозяйства. При этом одновременно решаются и природоохранные проблемы, так как экономятся водные ресурсы, уменьшается сброс сточных вод в водоемы.

 

Рис. 10.10. Общая схема обработки, утилизации и сброса отводимых вод для основных отраслей хозяйства:

ВО - водный объект; КХ - коммунальное хозяйство; ПП - промышленное производство; ЭЭ - электроэнергетика; ОРЗ - орошаемое земледелие; СОП - система оборотного и повторного использования вод; ЛОС - локальные очистные сооружения; ЦОС - централизованные очистные сооружения; ОСП - очистные сооружения предприятий; ОДПС - система обработки дренажного и поверхностного стока

 

 

Средства защиты от вредных физических воздействия. Техногенное химическое, радиационное и тепловое загрязнение среды оказывает влияние на все элементы биосферы, имеет глобальный масштаб и несомненное общеэкодогическое значение. Техногенное волновое загрязнение имеет более локальный характер и в наибольшей мере относится к экологии или даже скорее к гигиене человека. Особую остроту оно приобретает в крупных промышленных городах, где сосредоточены мощные источники электромагнитного и акустического загрязнения.

Защита от шума. В соответствии с действующими гигиеническими нормативами уровни звукового давления постоянного шума и эквивалентные уровни непостоянного шума в жилых помещениях не должны превышать 30 дБА ночью и 40 дБА в дневное время, на территории жилой застройки - соответственно 45 дБА и 55 дБА. Возможность выполнения этих нормативов в значительной мере зависит от шумовых характеристик различных источников.

Для проектируемых объектов выбор средств защиты от шума производится на основании акустического расчета, включающего выявление расчетных точек пространства вокруг источника шума, определение ожидаемого уровня звукового давления в этих точках, сравнение его с допустимым и определение требуемого уровня снижения шума. Ожидаемый уровень звукового давления L, дБ, в расчетной точке определяется по формуле

 

L = Lp + 10lgF + 10lgW + 20lgr - DLp(10.8)

 

где L2 - уровень звуковой мощности источника излучения;

F - фактор направленности излучения шума;

W - пространственный угол излучения;

г - расстояние от источника шума;

DLp - потери уровня звуковой мощности на пути распространения шума. При отсутствии препятствий на пути распространения и небольших (до 50 м) расстояниях DLp » 0.

Из выражения (10.8) следует, что для снижения шума нужно:

а) уменьшить уровень звуковой мощности источника шума;

б) уменьшить направленность излучения шума;

в) увеличить угол излучения и расстояние от источника;

г) ослабить шум на пути его распространения к расчетной точке.

Первое достигается заменой источников на акустически менее мощные; следующие требования (б, в) - правильным планировочным расположением объектов шумового воздействия по отношению к источникам; последнее (г) - различными средствами звукоизоляции и виброизоляции, применением звукопоглощающих материалов и конструкций, установкой глушителей шума.

К средствам звукоизоляции относятся звукоизолирующие ограждения (стены, перегородки), звукоизолирующие кожухи и акустические экраны. Роль последних могут выполнять размещенные вдоль магистралей ленточных конструкций из двухэтажных зданий нежилого назначения, перепады рельефа, насаждения деревьев и кустарников и т.п. Глушители шума устанавливают в воздуховодах вентиляторов, компрессоров, в системах выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и других источников шума аэродинамического происхождения. Акустическая обработка шумных производственных помещений звукопоглощающими материалами не только снижает шум внутри помещений, но и уменьшает интенсивность его излучения шума в окружающую среду.

Защита от инфразвуковых колебаний должна быть перенесена главным образом на их источники. К основным мерам относятся: уменьшение уровня колебаний в источнике; поглощение звуковой энергии при помощи глушителей; использование механических преобразователей частоты. Снижение интенсивности инфразвука может быть достигнуто за счет изменения режима работы технологического оборудования (например, увеличения числа рабочих циклов, что обеспечивает перевод частоты силовых импульсов за пределы инфразвукового диапазона), повышения жесткости крупногабаритных конструкций, устранения низкочастотных вибраций. Для уменьшения уровня инфразвуковых составляющих шума всасывания и выхлопа дизельных и компрессорных установок, турбин, ДВС целесообразно использование глушителей шума и специальных глушителей инфразвука камерного или резонансного типа. Механические преобразователи частоты, установленные в закрытых каналах на пути распространения инфразвука (например, в выхлопных трубах ДВС), позволяют преобразовывать инфразвуковые колебания в менее опасные ультразвуковые.

Защита от вредного воздействия вибраций осуществляется как воздействием на источник возбуждения вибрации, так и на пути ее распространения. Основными методами борьбы с вибрациями являются: снижение вибраций в источнике их возникновения, виброгашение, виброизоляция, вибродемпфирование. При создании нового оборудования и технологических процессов необходимо стремиться к исключению механизмов, кинематических и технологических схем, вызывающих ударную нагрузку, резкие ускорения и другие динамические процессы (устранение дисбаланса вращающихся частей; применение вместо кривошипных механизмов равномерно вращающихся; замена ковки и штамповки прессованием, пневматической клепки - сваркой и т.п.). Для снижения уровня производственных вибраций важно также предотвратить резонансные режимы работы оборудования, что обеспечивает изменение частот собственных и вынужденных колебаний машин и механизмов. Виброгашение обычно достигается путем установки тяжелых агрегатов (молотов, прессов) на массивные бетонные фундаменты, а более мелкого инженерного оборудования зданий - вентиляторов, насосов - на виброгасящие плиты и основания. Для уменьшения вибраций, создаваемых рельсовым транспортом, рельсы крепят на массивные железобетонные шпалы, погруженные в слой балласта.

Виброизоляция осуществляется путем введения в колебательную систему дополнительной упругой связи, уменьшающей передачу вибрации от источника колебаний к основанию или смежным элементам конструкций. Для этого применяют резиновые или пластмассовые прокладки, цилиндрические пружины и рессоры, воздушные подушки, гибкие вставки и их сочетания. А для уменьшения распространения вибрации от фундаментов машин по периметру фундаментов создают акустические щели или швы с засыпкой из рыхлого материала. В основе вибродемпфирования лежит увеличение активных потерь энергии путем превращения энергии механических колебаний в теплоту. Широкие возможности для защиты от вибраций имеет нанесение на вибрирующие поверхности деталей машин и инженерных коммуникаций упруговязких материалов и листовых вибродемпфирующих покрытий.

Защита от электромагнитных колебаний во многом зависит от их частотных характеристик и напряженности электромагнитных полей (ЭМП). Как уже отмечалось, основными источниками ЭМП промышленной частоты являются воздушные ЛЭП, а ЭМП радиочастотного диапазона - радиотехнические объекты (РТО). Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого ЛЭП, устанавливают следующие ПДУ его напряженности (кВ/м): внутри жилых зданий - 0,5; на территории жилой застройки - 1; в населенной местности, вне зоны жилой застройки - 10; в ненаселенной местности, посещаемой людьми, - 15. Для ЭМП радиочастот в диапазоне 0,03-300 МГц нормируются электрическая (В/м) и магнитная (А/м) составляющие поля. В диапазоне частот 0,3-300 ГГц, где формируется единое ЭМП, устанавливается допустимая величина поверхностной плотности потока энергии (Вт/м2) и создаваемой им энергетической нагрузки (Втч/м2). В случае превышения предельно допустимого уровня напряженности и плотности потока энергии необходимо применять следующие способы и средства защиты:

§ уменьшение параметров излучения в источнике ЭМП, что достигается использованием согласованных нагрузок и поглотителей мощности, правильным выбором генерирующего оборудования;

§ экранирование источников излучения;

§ увеличение расстояния до источников излучения.

При экранировании заземленные металлические экраны могут быть замкнутыми (полностью окружающими излучающее устройство) или незамкнутыми. Основной способ защиты - удаление от источника. При размещении РТО планировочные решения выбираются с учетом характеристик источников излучения, рельефа местности, этажности застройки. На территории РТО не допускается строительство жилых и общественных зданий. В целях защиты населения от воздействия электрического поля ЛЭП вдоль их трассы устанавливаются санитарно-защитные зоны (табл. 10.1).

Таблица 10.1

Границы санитарно-защитных зон вдоль трассы ЛЭП на населенной местности

Напряжение ЛЭП. кВ Расстояние от проекции на землю крайних фаз проводов, м
300 (55*)
250 (40)
150 (30)
75 (20)
До 20

 

Технологии постиндустриальной цивилизации

Постиндустриальный тип технологического облика цивилизации зародился и быстро развивается в передовых индустриальных странах, преодолевая инерцию и… Для наступающей постиндустриальной эпохи характерно не только повсеместное… Самым ярким признаком наступления постиндустриальной цивилизации является стремительный прогресс в сфере средств связи…

ГЛАВА XI. Выбор концепции развития

   
Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Сформулировать роль и место человека в экосфере. 2. Рассмотреть современную демографическую ситуацию и перечислить основные следствия большой численности и скорости роста населения планеты. 3. Ориентироваться в основных выводах моделирования мировой динамики. 4. Рассказать, когда впервые было сформулировано понятие экоразвития и дать ему определение. 5. Дать комментарий к понятию sustainable development и соотнести его с концепцией «устойчивого развития». 6. Перечислить основные принципы экоразвития и условия их реализации.

Место и роль человека в экосфере

Существует несколько обстоятельств, определяющих особое место и особую роль человека, человеческого общества в функциональной структуре экосферы.… Каждый биологический вид в природе не только занимает определенную… Для вида Homo sapiens, человечества, ставшего лидером эволюции, дело обстоит по-иному. Обладая исключительной…

Демографический взрыв и его следствия

Во второй половине века с каждым десятилетием среднегодовой прирост увеличивался приблизительно на 10 миллионов, достигнув в середине шестидесятых… В 1990-95 гг. общий коэффициент рождаемости в мире снизился до 24,6 %о, общий… Само по себе 104 кратное превышение нормальной численности широко распространенного крупного консумента, каким…

Путь к новой парадигме развития

В наше время можно найти много высказываний о самоубийственном потенциале развития человечества. Но если в давние времена они были частью… Эмоциональность подобных высказываний сложилась под влиянием алармизма первых… Модели мировой динамики. В 1968 г. по инициативе одного из экономических директоров компании «Фиат» А.Печчеи группой…

Концепция экоразвития

Принципы экоразвития. Стратегия экоразвития базируется на нескольких основополагающих принципах, нацеленных на решение практических задач на… 1. Региональные и локальные задачи экоразвития должны быть подчинены… 2. Региональное экоразвитие включает функцию раннего предупреждения неблагоприятных экологических тенденций или…

ПРИЛОЖЕНИЯ. СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

П1. Применяемые единицы измерения и их соотношения

Время: 1 год = 365,25 сут = 8766 ч = 31 557 600 с Площадь: 1 км2 = 100 га = 106 м2 = 10'° см2 Объем: 1 км3 = 109 м3 = 1012 дм3 (л) = 1015 см3(мл)

П2. Энергетика. Биоэнергетика

  Теплоты реакций окисления органических веществ Вещества …  

П3. Предельно допустимые концентрации (пдк) некоторых веществ

 

В воде, мг/л

П4. Единицы радиоактивности и дозы радиоактивного облучения

  Поглощенная доза - средняя энергия, переданная ионизирующим излучением единице… Эквивалентная доза - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для…

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Абиотические факторы - факторы неживой природы (космические, геофизические, климатические, пространственные, временные и т.п.), оказывающие прямое или косвенное влияние на живые организмы.

Абсорбция - поглощение вещества всей массой (объемом) поглощающего тела (другого вещества): газа - жидким или твердым веществом, любого загрязнителя - им же.

Автотрофы - организмы, способные синтезировать органическое вещество из диоксида углерода, воды и минеральных солей. Источниками энергии для биосинтеза служат свет (у фотоавтотрофов) или окисление ряда неорганических веществ (у хемоавтотрофов).

Агроценоз - сообщество организмов, культивируемых и сопутствующих им в сельском хозяйстве.

Адаптация - процесс и результат приспособления организмов к условиям существования. Различают видовую (генотипическую) адаптацию, происходящую в ряде поколений и связанную с процессом видообразования, и индивидуальную (фенотипическую) адаптацию - акклимацию, происходящую в пределах индивидуального развития организма и не затрагивающую его генотип.

Адсорбция - поглощение вещества из раствора или газа поверхностными слоями жидкости или твердого тела (называемых адсорбентами); играет важную роль в биологических процессах, а также в процессах очистки веществ и природоохранных технологиях.

Акклиматизация - приспособление организмов к измененным новым климато-географическим условиям существования.

Акклимация - индивидуальная (фенотипическая) адаптация к факторам среды; сопровождается обратимыми морфологическими и физиологическими изменениями организма.

Алармизм. - акцентирование общественного внимания на тревожных (негативных, катастрофических, кризисных) актуальных и потенциальных последствиях научно-технического прогресса.

Аменсализм - тип межвидовых отношений, при котором в совместной среде один вид организмов подавляет существование другого вида, не испытывая противодействия.

Анабиоз - временная полная приостановка жизнедеятельности организма, связанная с наступлением неблагоприятных условий или с особой фазой индивидуального развития.

Анаэробы - организмы, живущие при отсутствии свободного кислорода.

Антропогенез - исторический процесс происхождения, возникновения и развития человека.

Антропогенные факторы - факторы, возникшие в результате человеческой деятельности.

Антропоцентризм (в экологии) - воззрение, согласно которому:

современное человечество свободно от экологических законов, действующих в живой природе; взаимодействие с природой подчинено экономическим интересам людей; решение возникших экологических проблем может быть сведено к технологическим мерам по охране окружающей человека среды.

Ареал - область распространения систематической группы организмов - популяции, вида и т.п.

Ассимиляция - усвоение организмом поступающих из окружающей среды веществ в процессе роста и развития, их уподобление веществам организма.

Аутоэкология - экология отдельных особей данного вида; экология вида.

Аэротенк - искусственное сооружение в виде проточного резервуара для биологической очистки сточных вод от органических загрязнителей путем окисления их микроорганизмами, находящимися в аэрируемом слое.

Барьер экологический - полоса территории, которая благодаря особенностям естественного или созданного ландшафта (санитарно-защитная зона) служит препятствием для распространения техногенных загрязнений.

Безопасность экологическая - степень защищенности территориального комплекса, экосистемы, человека от возможного экологического поражения, определяемая величиной экологического риска.

Биоаккумуляция - накопление веществ (техногенных загрязнителей) в организмах возрастающих трофических уровней.

Биоген - питательное вещество; биогены, биогенные элементы - незаменимые химические элементы, из которых состоит вещество живых организмов, - углерод, водород, кислород, азот, сера, фосфор.

Биогеохимический цикл - круговорот химических элементов из неорганических соединений через растительные и животные организмы (органические вещества) вновь в исходное состояние. См. Биотический круговорот.

Биогеохимия - наука, изучающая круговорот химических элементов в биосфере.

Биогеоценоз - наземная экосистема, объединяющая на основе обмена веществ, энергии и информации сообщество живых организмов (биоценоз) с пространственной совокупностью абиотических условий (биотопом).

Биоиндикация - использование особо чувствительных организмов для обнаружения загрязнителей или других агентов в окружающей среде.

Биоинтервал фактора - участок диапазона изменений (градиента) какого-либо количественного фактора среды, в пределах которого возможно существование организма данного вида.

Биом - совокупность экосистем со сходным типом растительности, расположенных в одной природно-климатической зоне (тундра, тайга, степь, дождевой тропический лес, пустыня и т.п.).

Биосфера - глобальная экосистема, особая активная «оболочка» Земли, состав, строение и энергетика которой определяются деятельностью живых организмов.

Биота - любая пространственная совокупность всех живых организмов, безотносительно к категории сообщества (например, биота экосистемы, биота суши, биота океана, биота биосферы).

Биотические факторы - все формы воздействия организмов друг на друга.

Биотический круговорот - круговорот биогенных элементов и вовлекаемых им других веществ в экосистемах, в биосфере между их биотическими и абиотическими компонентами. Важнейшей чертой биосферного биотического круговорота является высокая степень замкнутости.

Биотический потенциал - 1) совокупность свойств популяции, вида, определяющих возможность увеличения численности и области распространения в данных условиях; 2) то же, что и репродукционный потенциал.

Биотоп (экотоп) - относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое данным биоценозом.

Биофильтр - сооружение для биологической очистки сточных вод, построенное на принципе постепенного прохождения очищаемых масс либо через толщу фильтрующего материала, покрытого активной микробиологической пленкой, либо через пространство, занятое искусственно созданным сообществом организмов - «очистителей», например, камышей.

Биоценоз - сообщество взаимодействующих организмов разной систематической принадлежности, совместно обитающих на каком-либо участке суши или водоема; население биотопа.

Биоцентризм (эксцентризм) - воззрение, согласно которому (в противоположность антропоцентризму): взаимодействие человеческого общества с живой природой должно быть подчинено экологическому императиву - требованию сохранения целостности саморегуляции биосферы.

Биоциды - вещества и другие агенты, подавляющие жизнедеятельность и размножение организмов.

Бифуркация - раздвоение; точка бифуркации - пункт и момент выбора одного из нескольких возможных путей развития, эволюции системы, предсказательная информация о которых отсутствует.

Валентность экологическая - (пределы толерантности) - характеристика способности вида, популяции существовать в различных условиях среды (ср. Биоинтервал фактора).

Валовой национальный продукт (ВНП) - суммарная рыночная стоимость всех товаров и услуг, произведенных в стране за год.

Газы парниковые - газообразные вещества, попадающие в атмосферу и воздающие парниковый эффект, - пары воды, углекислый газ, »етан, окислы азота, летучие углеводороды и др.

Генотип - совокупность генов организма. Генофонд - совокупность генотипов всех особей популяции, вида.

Гетеротрофы - организмы, питающиеся готовыми органическими веществами.

Гипобиоз - значительное снижение уровня жизнедеятельности при наступлении неблагоприятных внешних условий (например, при зимней спячке животных).

Глобальное потепление - повышение средней температуры атмосферы и гидросферы в масштабах планеты, вызванное природными и техногенными факторами.

Гомеостаз - способность организма или системы организмов поддерживать постоянство функциональных характеристик в изменяющихся условиях среды.

Демографический взрыв - резкое увеличение скорости роста и численности населения Земли в XX в.

Демографический переход - смена типов воспроизводства населения (соотношений между рождаемостью и смертностью), постепенно приводящая к стабилизации численности.

Демэкология - экология популяций, в центре внимания которой находятся вопросы динамики численности.

Депопуляция - уменьшение численности популяции, населения.

Деструкторы - гетеротрофные организмы, разрушающие органические вещества до простых, вплоть до неорганических соединений (в том числе деритофаги и редуценты).

Детериорация - ухудшение, порча земли или других природных объектов; процесс, противоположный мелиорации.

Детоксикация - процесс обезвреживания внутри биологической системы попавших в нее вредных веществ.

Детрит - мертвое органическое вещество, продукты выделения и распада организмов.

Детритофаги - организмы, питающиеся детритом (син. сапрофаги).

Диссимиляция - распад сложных органических веществ в организме, сопровождающийся освобождением энергии, которая используется в процессах жизнедеятельности.

Дрейф генов - процесс случайного ненаправленного изменения частоты генов (аллелей) в популяции.

Емкость среды - количественная характеристика совокупности условий, ограничивающих рост численности популяции.

Емкость территории демографическая - обобщенная количественная характеристика условий данной территории, ограничивающая допустимую численность населения.

Емкость экосистемы - максимальный размер популяции одного вида, который данная экосистема способна поддерживать в определенных экологических условиях на протяжении длительного времени.

Заболевания зкогенные (экологические) - заболевания, вызванные неблагоприятными экологическими условиями.

Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему от случая.

Закон константности количества живого вещества биосферы - (В.И. Вернадский): количество живого вещества (биомассы всех организмов) биосферы для данной геологической эпохи постоянно.

Закон максимизации энергии и информации в эволюции:наилучшими шансами на самосохранение обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации.

Закон минимума (Ю. Либих): биотический потенциал (жизнеспособность, продуктивность организма, популяции, вида) лимитируется тем из факторов среды, который находится в минимуме, хотя все остальное условия благоприятны (см. Закон толерантности).

Закон оптимальности: любая система с наибольшей эффективностью функционирует в некоторых характерных для нее пространственно-временных и экологических пределах.

Закон развития системы за счет окружающей ее среды: любая система может развиваться только за счет материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.

Закон толерантности (В.Шелфорд): факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное (неблагоприятное - как минимальное, так и избыточное) значение, ограничивают возможность существования вида в данных условиях, вопреки и несмотря на оптимальное сочетание других отдельных условий.

Зона аридная - территория или природно-климатическая зона с малым естественным увлажнением - засушливая (полупустыни и пустыни).

Зона бореальная - зона лесов умеренного пояса.

Зона геопатогенная - пространство обитания, где сочетание неблагоприятных естественных факторов мажет вызвать заболевания у человека.

Зона гумидная - территория или природно-климатическая зона с высоким естественным увлажнением (например, дождевые тропические леса).

Зона санитарка-защитная - обычно часть территории, обладающая свойствами экологического барьера и пространственно разделяющая источники неблагоприятных экологических воздействий и возможные объекты этих воздействий.

Зона аналогическою бедствия - территория, где в результате техногенной или природной катастрофы возникла угроза экологического поражения людей из-за деградации естественной среды обитания.

Зооценоз - сообщество животных какого-либо биоценоза.

Зоофаги - плотоядные организмы, питающиеся животными других или своих видов (каннибализм).

Иммобилизация - обездвиживание, прекращение миграции веществ, уменьшающее их активность (например, в донных отложениях).

Императив экологический - обращенное к человеческому сообществу повеление, настоятельное требование (подобие нравственного закона) ограничить и остановить природбгубительную экспансию и соизмерить антропогенное давление с экологической выносливостью биосферы.

Интродукция - обычно преднамеренный перенос особей какого-либо вида растений или животных за пределы их ареала, в новые природно-климатические условия.

Информационное общество - стадия развития цивилизации, на которой преобладающей формой общественных связей становятся потоки информации, а материально-энергетические потоки минимизируются за счет экономии и высокой эффективности.

Канцерогены - вещества или физические агенты, способные вызвать развитие злокачественных новообразований или способствовать их возникновению.

Квоты загрязнения среды - разрешенные долевые количества выбрасываемых в окружающую среду техногенных загрязнителей, устанавливаемые местными, национальными или международными нормативными актами.

Кислотные осадки - атмосферные осадки - дождь, снег, туман, содержащие техногенные примеси, из-за которых их кислотность превышает нормальный уровень, т.е. рН ниже 5,6.

Комменсализм - тип межвидовых отношений, сожительства (симбиоза), при котором в совместной среде организмы одного вида безответно получают пользу от присутствия организмов другого вида.

Консументы - гетеротрофные организмы (в основном животные), потребляющие органическое вещество других организмов - растений (растительноядные - фитофаги) и животных (плотоядные - зоофаги).

Контаминационный эквивалент энергии - общая масса техногенных загрязнителей среды (с учетом их токсичности), приходящаяся на единицу потребленной энергии в данной технологии, отрасли производства.

Коэволюция - а) параллельная, совместная, сопряженная эволюция взаимодействующих организмов; б) сопряженная эволюция человечества и природы.

Ксенобиотики - вещества, чуждые природе, составу и обмену веществ живых организмов.

Кумуляция - скопление порций вещества, усиливающее его действие;

суммирование вредных эффектов от действия вредных агентов.

Лицензирование природопользования - система оплачиваемых государственных разрешений на эксплуатацию природных ресурсов.

Мальтузианство - развитие теории народонаселения Т.Р. Мальтуса (1798); совокупность взглядов, по которым неограниченный рост численности населения рассматривается как главная причина социальной напряженности, политических потрясений и экологических кризисов.

«Мания»-структуры - системы хозяйственных или социально-психологических отношений с нарушенными обратными связями, находящиеся в сильной зависимости от стимулов кратковременного или мнимого благополучия.

Мелиорация - улучшение земель для сельскохозяйственных целей.

Метаболизм - обмен веществ и энергии в организме, биологической системе.

Мониторинг - слежение за какими-то объектами или явлениями, регулярная или непрерывная регистрация их состояния.

Мониторинг экологический - слежение за качеством всех слагаемых окружающей среды и состоянием биологических объектов.

Монокультура - а) замена естественного разнообразия растительного покрова какой-либо одной сельскохозяйственной культурой; б) бессменное возделывание какой-либо сельскохозяйственной культуры на одном и том же поле.

Мутагены - вещества или физические агенты, способные вызывать мутации.

Мутация - изменение в генетическом аппарате организма, приводящее к наследуемому изменению признаков или к гибели организма.

Мутуализм - тип межвидовых взаимоотношений, когда оба сожительствующих организма извлекают взаимную пользу.

Неособирательство - форма хозяйственной деятельности, при которой осуществляется максимальное контролируемое (неистощительное) использование природных биологических ресурсов с целью относительного уменьшения технического производства в сельском хозяйстве и пищевой промышленности.

Ниша экологическая - комплекс факторов, которые требуются для существования вида, включая его связи с другими видами в сообществе.

Ноогенез (ноосферогенез) - процесс формирования ноосферы.

Ноосфера - букв. «мыслящая оболочка», сфера разума, согласно В.И.Вернадскому - качественно новая, высшая стадия развития биосферы под контролем разумной деятельности человека.

Норма реакции - экологические пределы, в которых возможно приспособительное изменение реакций жизнедеятельности и признаков организмов данного вида.

Озоновый экран - слой атмосферы, отличающийся повышенной концентрацией молекул озона (О2), поглощающих коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца, опасное для живых организмов.

Онтогенез - индивидуальное развитие организма; для многоклеточных - от оплодотворения яйцеклетки до старения и смерти.

Опустынивание (аридизация) - процесс обеднения растительного покрова, связанный со стойким уменьшением увлажнения территории, превращением ее в аридную зону.

Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) - экспертная процедура, предназначенная для определения (прогнозирования) возможных воздействий строительства, пуска, эксплуатации (включая аварийные ситуации) и ликвидации хозяйственного объекта на состояние окружающей среды, целостность природных систем и здоровье людей.

Парниковый эффект - повышение температуры атмосферы из-за увеличения содержания в ней парниковых газов, приводящего к чрезмерному поглощению воздухом теплового излучения Земли.

Пестициды - синтетические вещества, используемые для защиты растений, животных, сельскохозяйственной продукции от угнетающих и повреждающих влияний других организмов - сорняков (гербициды), насекомых (инсектициды), грибков (фунгициды) и др.

Пирамида экологическая (трофическая) - графическое изображение количественных соотношений между трофическими уровнями биоценоза - продуцентами, консументами (отдельно каждого уровня) и редуцентами, выраженное в их численности (пирамида чисел), биомассе (пирамида биомасс) или энергии (пирамида энергий).

Пищевая (трофическая) цепь - перенос вещества и энергии между членами биоценоза, представляющими различные трофические уровни, при поедании последующим членом цепи предыдущего.

Полинозы - аллергические заболевания, вызванные пыльцой цветущих растений.

Поллютанты - техногенные загрязнители среды: воздуха (аэрополлютанты), воды (гидрополлютанты), земли (терраполлютанты).

Популяция - совокупность особей одною биологического вида, населяющих пространство с относительно однородными экологическими условиями, имеющих общий генофонд и возможность свободно скрещиваться.

Поражения экологические - нанесение вреда природным комплексам, экологическим системам, их отдельным компонентам, а также человеку в результате резких или длительных изменений экологических условий.

Правило Д.Аллена: увеличение выступающих частей тела одного вида или близких видов теплокровных животных (конечностей, хвоста, ушей) при продвижении с севера на юг.

Правило К.Бергмана: у теплокровных животных, подверженных географической изменчивости, размеры тела особей статистически (в среднем) больше у популяций, обитающих в более холодных частях ареала.

«Правило 10%» (правило пирамиды энергий Р. Линдемана): с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по «лестнице» продуцент - консументы), в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень энергии.

«Правило 1%»: для биосферы в целом доля возможного потребления чистой первичной продукции (на уровне консументов высших порядков) не превышает 1%.

Принцип Ле Шателье - Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

Принцип минимума диссипации (рассеяния) энергии, или принцип экономии энергии (Л.Онсагер - И.Пригожий): при вероятности развития процесса в некотором множестве термодинамически допустимых направлений, реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеяния энергии.

Принцип сбалансированного природопользования: размещение и развитие материального производства на определенной территории должно осуществляться в соответствии с ее экологической выносливостью по отношению к техногенным воздействиям.

Природоемкость производства - совокупный ущерб, который наносится природным объектам и ресурсам, состоянию окружающей среды строительством и эксплуатацией хозяйственных объектов, их отходами и продукцией.

Продуценты - автотрофные организмы (в основном - зеленые растения), образующие первичную продукцию органических веществ.

Радиофобия - пограничное предболезненное состояние человека, вызванное страхом радиационного поражения - по оправданным или воображаемым причинам.

Регенерация отходов - использование полезных компонентов, заключенных в отходах, для новых технологических циклов (обычно другого типа, чем ранее проходивших).

Редуценты - гетеротрофные организмы (бактерии и грибы), завершающие распад органических соединений до простых неорганических веществ - воды, диоксида углерода, сероводорода и солей.

Рекультивация - комплекс мер, направленный на восстановление ранее нарушенного природного ландшафта, а также продуктивности нарушенных земель.

Рекуперация отходов - технологический процесс обработки отходов с целью повторного использования их компонентов, как правило, в том же технологическом процессе, где произошло образование отходов.

Рециклинг - возможно полное возвращение расходных и вспомогательных веществ и материалов в циклических производственных процессах для повторного использования.

Реципиенты - в экологическом контексте общее обозначение для объектов техногенных воздействий - людей, других живых организмов, экосистем, а также неживых объектов.

Сапрофаги - животные, питающиеся мертвой органикой (детритофаги).

Синэкология - экология многовидовых сообществ, экосистем.

Стенобионты (стеноэки) - организмы, нормальное существование которых возможно в узких пределах изменений экологических условий - температуры (стенотермы), влажности (стеногидридные организмы), выбора пищи (стенофаги) и т.д.

Стресс - состояние физиологического напряжения организма, совокупность реакций, возникающих в ответ на внешние воздействия, нарушающие гомеостаз.

Сукцессия - направленная и непрерывная последовательность изменений видового состава организмов в данном местообитании.

Тератогены - вещества или физические агенты, которые при действии на родительские организмы способны вызвать врожденные уродства у потомства.

Технобиогеоценоз (сокр.техноценоз) - экологическая интерпретация понятия природно-производственного комплекса.

Техногенез экологии) - процесс развития материальной культуры, техники, порождающий изменения в природной и окружающей человека среде.

Техншфера - «техническая оболочка» - искусственно преобразованное пространство планеты, находящееся под воздействием продуктов производственной деятельности человека.

Урбанизация - рост и развитие городов, преобразование сельской местности в городскую, миграция сельского населения в города, увеличение роли городов в жизни общества.

Фенотип - совокупность генетически определяемых признаков и свойств организма.

Фитопланктон - совокупность микроводорослей, мелких растительных организмов, обитающих в толще воды.

Фитофаги - растительноядные животные.

Фитоценоз - многовидовое растительное сообщество.

Фотопериодизм - изменения состояния биологических систем, обусловленные естественным ритмом освещенности, сменой дня и ночи, сезонными изменениями длительности светового дня.

Хемосинтез - синтез органических веществ у хемоавтотрофных бактерий, использующих в качестве источников энергии окисление некоторых неорганических веществ.

Хемофобия - пограничное предболезненное состояние человека, вызванное страхом химического отравления.

Эврибионты (эвриэки) - организмы, существующие в широких пределах изменений экологических условий: температуры (эвритермы), влажности (эвригидридные организмы), выбора пищи(эврифаги) и т.п.

Эвтрофикация водоемов - чрезмерное обогащение водной среды питательными веществами.

Эдафон - совокупность животного населения почвы.

Экологизация науки - процесс проникновения идей и проблем экологии в другие области знания, в систему современных естественных, технических и гуманитарных дисциплин. Выделяются три уровня экологизации: внутридисциплинарная, междисциплинарная и проблемная.

Экологическая техноемкость территории (ЭТТ) - обобщенная характеристика территории, количественно соответствующая максимальной техногенной нагрузке, которую может выдержать и переносить в течение длительного времени совокупность реципиентов и экологических систем территории без нарушения их структурных и функциональных свойств.

Экопатология - см. Заболевания экогенные.

Экоразвитие - экологически ориентированное социально-экономическое развитие, при котором рост благосостояния людей не сопровождается ухудшением состояния среды обитания и деградацией природных систем (М. Стронг, 1972).

Экосистема (экологическая система) - совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом.

Экосфера - а) совокупность живых организмов современной биосферы и всех веществ, находящихся под контролем потребления, трансформации и продуцирования живыми организмами (= современная биосфера); б) в данном учебнике: экосфера = современная биосфера + техносфера - «единая глобальная система взаимодействия современной биосферы и техносферы,. арена взаимодействий человека и природы, на которой сосредоточены все современные экологические проблемы и коллизии».

Экофобии - общее наименование для фобий, вызываемых неблагоприятными экологическими воздействиями на людей {радио-фобия, хемофобия).

Эксцентризм - см. Биоцентризм.

Экоцид - значительное угнетение и гибель экосистем, различных организмов, в том числе и людей, под влиянием резких или длительных антропогенных нарушений нормальных экологических условий.

Эктотермы - организмы, температура тела которых мало отличается от температуры среды обитания и следует за ее изменениями: низшие организмы, растения, холоднокровные животные.

Эмерджентность - возникновение совершенно новых свойств при взаимодействии двух или нескольких объектов или явлений, свойств, не являющихся простой суммой исходных.

Эмиссия (в экологии) - выпуск, испускание каких-либо веществ, побочных продуктов производства.

Эндотермы - теплокровные животные -птицы и млекопитающие, способные с помощью внутренних механизмов терморегуляции поддерживать относительно постоянную температуру тела, в определенных пределах не зависящую от температуры среды

Эрозия почвы - разрушение (смыв, размыв, выдувание) плодородного слоя почвы талыми, ливневыми водами и ветрами.

 


ЛИТЕРАТУРА

Рекомендуемая

2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1998. 3. Арский Ю.М., Данилов-Данильян В.И.. Залиханов М.Ч.. Кондратьев К.Я.,… 4. Горелов А.А. Экология: Учеб. пособие. - М.: Центр, 1998

Дополнительная

2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития: Учебное пособие. - М.: Изд-во Рос. экон. акад., 1994. 3. Ансерое Ю.М., Дурнев В.Л. Машиностроение и охрана окружающей среды. - Л.:… 4. Баландин Р.К., Бондарев Л.Г. Природа и цивилизация. - М.: Мысль, 1988.

Хаскин Владлен Владимирович

 

ЭКОЛОГИЯ

ПРИРОДА - ЧЕЛОВЕК - ТЕХНИКА

Редактор Т.А. Балашова

в ИЗДАТЕЛЬСТВЕ ЮНИТИ-ДАНА Художник А. В. Лебедев  

– Конец работы –

Используемые теги: Лауреат, Всероссийского, конкурса, созданию, новых, учебников, Экология0.127

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Лауреат Всероссийского конкурса по созданию новых учебников 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:

Текстовый процессор Word. Работа с таблицами и диаграммами. Использование и создание графических объектов. Создание новых форм для ввода данных
Практическое занятие Текстовый процессор Word Работа с таблицами и диаграммами Использование и создание графических объектов Создание новых... Таблицы всегда были неотъемлемым атрибутом печатной научно технической документации Они используются для более...

Экология: электронный учебник. Учебник для ВУЗов
На сайте allrefs.net читайте: "Экология: электронный учебник. Учебник для ВУЗов"

Создание фигур и изменение их геометрии в приложении MS Visio. Создание и разработка планировок в приложении MS Visio. Графический редактор Adobe Photoshop. Изучение панели инструментов редактора. Создание и обработка графических изображений.
Лабораторная работа Создание фигур и изменение их геометрии в приложении... ЦЕЛЬ РАБОТЫ приобретение навыков создания фигур средствами MS Visio...

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...

Размышления о Всероссийском конкурсе "Учитель года"
Оно проводится с участием известных государственных иобщественных деятелей, ученых, поэтов, артистов. У конкурса немало спонсоров,заинтересованных,… Это был бурныйво всех отношениях конец 80-х. Е.Н. Ильин, В.Ф. Шаталов, С.Н.… Может, именноблагодаря учителям-новаторам государство и правительство по-новому взглянуло нашколу и образование в…

Предмет органической химии. Органическая химия как основа создания новых материалов. Связь органической химии с биологией и медициной
Предмет органической химии Органическая химия как основа создания новых материалов Связь органической химии с биологией и... Классификация реакций по характеру изменения химической связи и по... Химическая реакция превращение одних веществ в другие процесс связанный с разрывом одних и образованием других...

Значение химии в создании новых материалов, красителей и волокон
Материалы, которые используются, в частности в машиностроении, недостаточно стойкие и крепкие. Поэтому аппаратура преждевременно изнашивается, требуя частых замен и… Новых материалов требуют и новые отрасли техники: космическая, атомная и др. Для практических потребностей необходимы…

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...

Биографии отдельных нобелевских лауреатов по литературе (Выборочный конспект сборника "Hобелевские лауреаты")
Принимает участие в Яффу в Палестине. 1908-Переезжает в Иерусалим. В это время он был секретарем иудейского суда и служил в различных иудейских… В этом го- ду он возвращается в Иерусалим. 1927-Поселился в районе … Удостоен престижной Биаликской премии. 1937-Издается роман Ночной гость. 50-е-Влиятельный американский критик Эдмунд…

Праксиология: практика создания новых теорий
Такое понимание конкретной реальности известно из древности и формируется не только на основе отображения объективной реальности, но и с дополнением… Что касается только объективных проявлений реальности посредством формирования… Аксиоматическое построение мировоззрения предполагает отражение основных проявлений Порядка Природы по принципу…

0.063
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