Ответные реакции природы (экологический бумеранг)
Под этим выражением, часто употребляемым в последнее время, понимают особо опасные явления, которые возникают в окружающей среде в результате непродуманной в экологическом перспективе хозяйственной деятельности человека, и могущие оказаться вредными для него самого.
Эффект бумеранга проявляется в двух формах:
1) острых воздействий, например, усыхания лесов от кислотных дождей;
2) перманентных, хронических процессов типа постепенного изменения климата, ослабления принципа Ле Шателье-Брауна и т.п.
Очевидно, что эффект бумеранга проявляется тем сильнее, чем выше уровень нарушенности человеком природных систем.
Для человечества выделяются следующие аспекты последствий загрязнения окружающей среды:
1) медико-социальный.Имеется в виду воздействие деградирующей среды на здоровье человека;
2) экономический.Негативное влияние загрязнения среды на общественное производство и его конечные результаты;
3) экологический.Нарушение процессов протекания естественных природных процессов;
4) духовно-эстетический.Негативное влияние деградирующей среды на духовное состояние и эстетическое восприятие людей.
Парниковый эффект.Все виды солнечного излучения (от ультра-фиолетового до инфракрасного) достигают земной поверхности и нагревают ее. Последняя переизлучает ранее накопившуюся тепловую энергию в виде ИК-излучения в космос. Переизлученное ИК-излучение интенсивно поглощается некоторыми газами (С02, СН4, NOx, фреонами). Указанные газы, называемые парниковыми,действуют в атмосфере как стекло в парнике: они беспрепятственно пропускают к Земле солнечную радиацию, но задерживают тепловое излучение Земли. В результате повышается температура ее поверхности, изменяются погода и климат.
Под парниковым эффектомпонимают возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленное постепенным накоплением парниковых газов в атмосфере.
Основным парниковым газом является диоксид углерода. Его вклад в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65%. К другим парниковым газам относятся метан (около 20%), оксиды азота (примерно 5%), озон, фреоны (хлорфторуглероды) и другие газы (около 10-25% парникового эффекта).
Основным антропогенным источником поступления С02 в атмосферу является сжигание углеродсодержащего топлива (уголь, нефть, мазут, метан и др.). Ныне только от теплоэнергетики в атмосферу поступает около 1т углерода на человека в год; по прогнозам, в первой половине XXI столетия выброс достигнет 10 млрд. т. Доли некоторых государств в глобальном выбросе С02 таковы: США - 22%, Россия и Китай - по 11%, Германия и Япония - по 5%, остальные страны - около 46%.
Вследствие парникового эффекта среднегодовая температура на Земле за последнее столетие повысилась на 0,3-0,6 °С. В настоящее время увеличение концентрации С02 происходит примерно со скоростью 0,3-0,5% в год. По разным источникам, удвоение содержания парниковых газов, которое может произойти во второй половине текущего века, вызовет повышение среднегодовой температуры планеты на 1-3,5 °С.
Глобальное потепление климата и обусловленное им повышение уровня Мирового океана многими учеными рассматривается как величайшая катастрофа не только для отдельных экосистем, но и биосферы в целом.
1. В случае повышения уровня океана на 1,5-2 м под затопление попадает около 5 млн. км2 земель, причем наиболее плодородных и густонаселенных. На них проживает около 1 млрд. человек и собирается почти треть урожая многих сельскохозяйственных культур. Вынужденные переселения народов вглубь материков чреваты военными конфликтами и социальными потрясениями.
2. Помимо подъема уровня океана, потепление климата будет сопровождаться увеличением степени неустойчивости погоды, смещением границ природных зон, ростом числа штормов и ураганов, ускорением темпов вымирания животных и растений. Следствием этого, очевидно, явится резкое обострение продовольственной проблемы.
3. Уменьшение различий температуры на полюсах и экваторе (в основном за счет более сильного потепления полюсов) вызовет, в свою очередь, подтаивание вечномерзлых почв (таковых в России около 2 млн. км2) и высвобождение из них огромных количеств метана, что усилит парниковый эффект.
4. Изменение климата может оказать негативное влияние на здоровье людей как вследствие усиления теплового стресса в южных районах, так и из-за распространения многих видов заболеваний.
Вышеизложенное дало основание Международной конференции по проблемам изменения климата (Торонто, 1979 г.) заявить, что «...конечные последствия парникового эффекта могут сравни
ваться только с глобальной ядерной войной».
Кислотные дожди.В последние 15-20 лет возникла сложная и трудная экологическая проблема кислотных дождей (рН < 5,0). При сжигании различных видов топлив, а также с выбросами различных предприятий в атмосферу поступает значительное количество оксидов серы и азота. При взаимодействии их с атмосферной влагой образуются азотная и серная кислоты. К ним примешиваются органические кислоты и некоторые соединения, что в сумме дает раствор с кислой реакцией.
Согласно расчетам, доля диоксида серы в образовании кислых осадков составляет около 70%. Появлению кислых осадков способствует также С02: из-за его постоянного присутствия в атмосфере нормальным является рН осадков 5,6.
В дальнейшем кислоты выпадают на поверхность суши или водоемов в виде кислотных дождей или иных атмосферных осадков. Отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2-2,3, что соответствуеткислотности уксуса.
Общее количество выбросов S02 и N02 в мире ежегодно составляет более 250 млн. т. Кислые осадки особенно типичны для Скандинавских стран, а также Англии, ФРГ, Бельгии, Дании, Польши, Канады, северных районов США. В России очаги образования приходятся на Кольский полуостров, Норильск, Челябинск, Красноярск и другие районы. В наши дни в Санкт-Петербурге рН дождя колеблется от 4,8 до 3,7, в Красноярске - от 4,9 до 3,8, в Казани - от 4,8 до 3,3. В городах до 70-90% загрязнений в атмосферу, в том числе и способствующих образованию кислых осадков, поставляет автотранспорт.
Отрицательное влияние кислых осадков разнообразно: почвы, водные экосистемы, растения, памятники архитектуры, строения и другие объекты в той или иной степени страдают от них.
Действие кислых осадков на почвынаиболее ощутимо проявляется в северных и тропических районах. Для первых это связано с тем, что подкисляются и без того кислые (подзолистые и их разновидности) почвы. Они, как правило, не содержат природных соединений, нейтрализующих кислотность (карбонат кальция, доломит и др.). Почвы в тропиках хотя и имеют нейтральную и щелочную реакцию, но также не содержат веществ - нейтрализаторов кислотности (из-за интенсивного и постоянного промывания дождями).
Поступая в почву, кислые осадки увеличивают подвижность и вымывание катионов, снижают активность редуцентов, азотофиксаторов и других организмов почвенной среды. При рН, равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов, из них высвобождается алюминий, который в свободной форме ядовит. Кислые осадки также повышают подвижность тяжелых металлов (кадмия, свинца, ртути). В ряде мест кислые осадки и продукты их действия (алюминий, тяжелые металлы, нитраты и др.) проникают в грунтовые воды, а затем в водоемы и водопроводную сеть, где также способствуют высвобождению из труб алюминия и других вредных веществ. Как результат, происходит ухудшение качества питьевой воды.
Действие кислых осадков на водные экосистемывесьма многообразно. Кислые осадки, попадая в водные источники, повышают кислотность и жесткость воды. При рН ниже 6 сильно подавляется деятельность ферментов, гормонов и других биологически активных веществ, от которых зависит рост и развитие организмов. Особенно отрицательное действие проявляется восновном на яйцеклетках и молоди.
Истощение озонового слоя.В последние годы наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания озона в верхних слоях атмосферы. По разным оценкам, в средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило 2-10%.
Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой, где его содержание в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40-50%. Пространство, в пределах которого регистрируется заметное уменьшение концентрации озона, получило название «озоновой дыры». В настоящее время «озоновая дыра» вышла за пределы континента и по размерам (10 млн. км2) превышает площадь США.
Меньшая по размерам «дыра» наблюдается и над Арктикой. Отмечается появление т.н. «блуждающих дыр» площадью от 10 до 100 тыс. км2 в других регионах, где потери озона достигают 20-40% от нормального уровня (около 0,06 мг/м3). Беспрецедентная аномалия озона как по уровню его дефицита, так и по размерам затронутой территории была отмечена в России. Согласно Росгидромету, в феврале 1995 г. над всем Северным полушарием, а особенно над рядом районов Восточной Сибири вплоть до Урала зафиксировано рекордное уменьшение концентрации озона - до 40%, сохранявшееся в течение 25 суток.
Крайне опасные для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана - увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Из-за уменьшения концентрации озона только на 1 % происходит увеличение интенсивности УФ-излучения у поверхности Земли на 15%.
В чем же причина убыли озона из атмосферы? После ряда международных экспедиций в Антарктиду было установлено, что, помимо физико-географических факторов, озоновый слой разрушают техногенные загрязнители: оксиды азота N0 и N02, галогенопроизводные углеводородов (фреоны). Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода аэрозольных баллончиках, холодильных установках и т.п.
Фреоны способны находиться в атмосфере, не разрушаясь 70 - 100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. При этом каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тыс. атомов озона. До недавнего времени в мире производилось около 1,3 млн. т озоноразрушающих веществ. Около 35% производимого объема приходилось на США, 40% - на страны ЕС, 10-12% - Японию, 7-10% - Россию.
Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Зарегистрировано также разрушение озона при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Установлено также, что уничтожают озон полеты сверхзвуковых самолетов в стратосфере, запуски космических ракет. Только один запуск авиакосмической системы «Шатл» приводит к потерям 10 млн. т озона. 300 таких запусков в год - и практически весь озон будет уничтожен.
Антропогенное воздействие на ближний Космос.Околоземное космическое пространство (ОКП) представляет собой внешнюю газовую оболочку, которая окружает планету. Оно играет роль в сложнейших солнечно-земных взаимосвязях, определяющих условия жизни на Земле.
Антропогенные воздействия на ОКП, связанные с началом космической эры, весьма опасны, они оказались значительнее уровня более продолжительного влияния человека на любую другую природную среду, например, приземную атмосферу (тропосферу). ОКП уязвимее, нежели другие среды, поскольку количество вещества в ней неизмеримо меньше, а энергетика процессов гораздо слабее по сравнению с тропосферой, а тем более гидро- и литосферой.
Выделяют следующие виды воздействия человека на эту среду: 1) выброс химических веществ вследствие работы двигателей ракет; 2) создание энергетических и динамических возмущений в результате полетов ракет; 3) загрязнение твердыми фрагментами, космическим мусором; 4) электромагнитное излучение радиопередающих систем; 5) радиоактивное загрязнение и жесткое излучение от ядерных энергетических установок, используемых на космических аппаратах; 6) попадание загрязнителей из приземной атмосферы.
Практически бесконтрольное использование ОКП привело к его загрязнению огромным количеством мусора (более 3000 т, по данным М.Н. Власова, 1998г.). Фрагменты последнего сосредоточиваются на высотах более 400 км; они занесены в каталог, за ними ведется постоянное слежение. Наиболее опасно большое количество мелких (менее 10 см) осколков; их поток существенно превышает поток метеоритов. По некоторым данным, при сохранении современных темпов загрязнения общее количество твёрдых частиц размером более 1см вырастет за 100 лет более чем в 2 раза, что представит реальную опасность для космических полётов.
Наиболее опасными с позиции изменения свойств ОКП в негативную сторону признаётся выброс химических веществ. Так, в результате пролёта одной тяжёлой ракеты «Протон» (РФ) в ОКП поступает около 100 т воды и более 90 т диоксида углерода. Для американского «Шатла» эти показатели выше: 470 и 110 т соответственно. Указанные химические вещества активно реагируют с ионами кислорода ионосферы, причём оказалось, что процесс идёт гораздо быстрее, нежели в естественных условиях. Как следствие, резко возрастает скорость рекомбинации ионосферной плазмы и падает концентрация заряженных частиц, т.е. образуются т.н. «ионосферные дыры».
Как считают специалисты, сохранение ОКП как внешней защитной оболочки Земли возможно только при условии ограничения пусков ракет и принципиального изменения технических средств и методов выведения космических кораблей на орбиту.
Уничтожение и деградация лесов.Поданным ООН, площадь лесов планеты сокращается ежегодно на 25 млн. га (половина территории Франции), что составляет около 1% лесистой суши. Однако при этом важно подчеркнуть, что вырубки идут главным образом в странах «третьего мира».
Площади тропического леса Южной Америки («легкие Земли») сокращается с каждым годом, что грозит обернуться в перспективе глобальной экологической катастрофой.
В России ежегодно вырубается 1,8 млн. га и кроме того миллион гектаров лесных угодий гибнет или повреждается вредными промышленными выбросами. Так, на Кольском полуострове леса гибнут со скоростью 1 км2 в год.
Ученые предупреждают, что уничтожение лесов ведет к снижению порога устойчивости биосферы, увеличению силы наводнений, селей, водной эрозии, пыльных бурь, засух и суховеев, ускорению процессов опустынивания. Ежедневно на планете вымираетодин-два вида диких растений, при этом следует помнить, что только один вид растений обеспечивает существование в среднем 11 видов животных, а в тропических лесах - даже 20 видов. Следовательно, с обезлесением ландшафтов сокращается генетическое разнообразие экологических систем, постепенно уничтожается живое вещество биосферы.
Многие лесные массивы, в первую очередь пригородные, стали местами массового отдыха. Однако такое рекреационное лесопользование, оздоровляя человека, способно тем не менее вызвать ухудшение качественного состояния леса, а в ряде случаев и его полную деградацию. При этом снижаются санитарно-гигиенические, водоохранные и почвозащитные функции природных лесов, а также теряется их эстетическая ценность.
С уплотнением почвы (автомашины, туристы) ухудшаются состояние древесно-кустарниковой растительности, а также питание деревьев, поскольку на высоких вытоптанных участках почва подсыхает, а на пониженных - переувлажняется. Как следствие ухудшения питания, деревья ослабляются, их рост замедляется. Кроме того, уплотнение почвы нарушает ее структуру, уменьшает пористость, резко ухудшает условия жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.