Загрязнение – результат ошибок в эксплуатации системы жизнеобеспечения

1. Введение.

В течение многих тысяч лет человеческая деятельность не наносила природе заметного ущерба. Если в какой–либо местности истощались ресурсы, люди откочевывали в другие районы. Там они выжигали лес и возделывали освободившиеся участки, или находили иное пропитание. В сообществах охотников-собирателей существовала полная гармония между потребностями человека и возможностями природы; такой уклад жизни сохранился и по сей день у бушменов Калахари, аборигенов Австралии и эскимосов.

Серия технологических революций, которые претерпела история человечества, нарушили равновесие между человеком и природой. Возникновение 10000 лет назад земледелия и животноводства привело к быстрому росту населения, в результате которого постепенно появились первые крупные поселения. Затем произошли дальнейшие революционные сдвиги в технологии добывания пищи, здравоохранении и промышленности, превратившие мизерное по началу население земного шара в огромное технически оснащенное общество, которому требуется все больше сырья и энергии. В шестидесятые годы XX века, когда люди впервые покинули планету, появилась первая возможность взглянуть на Землю из космоса, после чего все ясно осознали, что возможности для роста населения и ресурсы Земли не беспредельны.

Итак, экологи пришли к заключению, что Земля – это космический корабль, оснащенный всем необходимым для длительного полета, но не имеющий никаких иных источников энергии, кроме собственных, а также лучистой энергии ближайшей звезды – Солнца. Считается, что жизнь на Земле существует примерно 5 млрд. лет и нет никаких оснований опасаться, что она не просуществует по крайней мере еще столько же, если мы сами не уничтожим ее.

Энергия, необходимая для жизни, поступает на Землю в основном в виде солнечного излучения, которое  используется зелеными растениями для фотосинтеза, а от них поступает далее в пищевые цепи, и следовательно, управляет биогеохимическими циклами. Кроме того, солнечная энергия определяет климатическую зональность планеты и океанические течения, т.е. непосредственно влияет на среду обитания живых существ.

2. Загрязнение  – результат ошибок в эксплуатации  системы жизнеобеспечения.

До самого последнего периода истории  Земли живые системы планеты  эволюционировали почти в полной гармонии с атмосферой, гидросферой  и литосферой, не испытывая влияния человеческой деятельности. Но по мере развития сельского хозяйства и промышленности воздействие человека на среду стало все заметнее. Повсеместная индустриализация, особенно развернувшаяся за последние два столетия, привела к потенциально опасным уровням загрязнения среды.

Можно сказать, что загрязнение  – это поступление в окружающую среду каких-либо веществ или  энергии в таких больших количествах  или в течение столь длительного  времени, что эти вещества или  энергия начинают наносить ущерб людям и окружающей среде. Легко распространяясь от одних компонентов жизнеобеспечения к другим, загрязнение в той или иной степени влияет на все параметры среды – антропогенные и природные, физические и биотические. Например, поступление в атмосферу чрезмерного количества некоторых газов ведет к возникновению «кислотных дождей» (гидросфера), которые в свою очередь приводят к закислению почвы (литосфера), а также к глубоким изменениям в лесных и водных экосистемах (биосфера), разрушению зданий и других объектов человеческой деятельности.

3. Загрязнение  атмосферы.

Еще в начале шестидесятых годов  считали, что загрязнение атмосферы  – это локальная проблема больших  городов и индустриальных центров, но позже стало ясно, что атмосферные  загрязнители способны распространяться  по воздуху на большие расстояния, оказывая неблагоприятное воздействие на районы, находящиеся на значительном удалении от места выброса этих веществ. Таким образом, загрязнение атмосферы – это глобальное явление, и для контроля за ним необходимо международное сотрудничество. К числу наиболее распространенных загрязнителей атмосферы относятся такие газы, как хлорфторуглероды, диоксид серы (SO₂), , углеводороды и оксиды азота.

Загрязнение может привести к значительному  снижению естественной концентрации газов, входящих в состав атмосферы, например озона в стратосфере. Но поразительно другое: концентрация озона выше в тех районах, где среднемесячное содержание загрязнителей в нижних слоях атмосферы составляет 200 млн.^-1, чем там, где максимальная величина загрязнения не превышает 0,04 млн.^–1. Подобные аномалии высоких концентраций озона наносят ущерб многим сельскохозяйственным культурам, например томатам: суммарные потери урожая за счет избытка озона составляют в Калифорнии около 1 млрд. долларов в год. В сочетании с углеводородами и соединениями группы NОх озон может представлять собой прямую опасность для здоровья людей, и кроме того, является одной из важных составных частей фотохимического смога. Пыль, шум, чрезмерное количество тепла, радиация и электромагнитные поля – все это загрязнение атмосферы.

4. Обеднение  озонового слоя.

Атмосфера – это термостатический и радиационный щит Земли. В верхних  слоях атмосферы на высоте 15 – 50 км от земной поверхности кислород и озон поглощают большую часть поступающей извне коротковолновой радиации. Это ультрафиолетовое излучение, рентгеновские и гамма-лучи, которые по своей физической природе пагубны для живых существ, так как разрушают генетический аппарат. По оценкам экологов при уменьшении концентрации озона стратосферы на 5% интенсивность ультрафиолетового излучения у поверхности Земли возрастет на 7,5-15%, что может повлечь за собой увеличение заболеваемости раком кожи на десятки, а то и сотни тысяч случаев в год. При поглощении излучения озоном происходит прогрев стратосферы, возникает хорошо выраженный слой температурной инверсии (в отличие от температуры стратосферы, температура тропосферы, т.е. нижнего слоя атмосферы, по мере возрастания высоты падает). Существование этого слоя заметно ограничивает интенсивность и масштабы конвективного перемешивания атмосферы, поэтому любые нарушения слоя инверсии приведут к резкой глобальной смене погодных условий, а значит и к изменению климата на Земле.

В верхних слоях атмосферы  молекулы кислорода (О₂) диссоциируют под действием излучения на атомы (О), которые соединяются с молекулами, образуя озон (О₃). Под действием солнечного света эта реакция обратима. В «озоновом слое» концентрация озона поддерживается на некотором равновесном уровне в 1 млн.^-1

Хлорфторуглероды представляют собой группу химических соединений, куда входят, в частности, четыреххлористый углерод и хлороформ. Обычно хлорфторуглероды используют в качестве растворителей, распылителей аэрозолей и фреонов  в холодильниках. Эти вещества сравнительно устойчивы в нижних слоях атмосферы, где часто способствуют возникновению парникового эффекта. Они очень летучи и поэтому в конечном счете оказываются в стратосфере. На высоте более 25 км хлор- и фторсодержащие соединения распадаются под влиянием солнечного света, высвобождая атомы хлора или фтора, которые реагируют с озоном, причем каждый такой атом разрушает 10⁵ молекул озона, т.е. диссоциация озона на молекулярный и атомарный кислород происходит с большей скоростью, чем обратная реакция.

Таким образом, примесь хлорфторуглеродов нарушает равновесие между кислородом и озоном. При современном уровне загрязнения этими соединениями через 20 лет количество озона уменьшится на 10%, а за полвека может разрушится около двух его третей. В 1987г. впервые наблюдалось полное, хотя и носившее сезонный характер, разрушение озонового слоя над Антарктидой.

5. Кислотные  дожди.

Кислотные дожди – не простое  и не единичное явление. При сжигании ископаемых горючих материалов образуется диоксид серы и оксиды азота, а при неполном сгорании образуются еще и углеводороды. Все эти вещества поступают в атмосферу в газообразном состоянии, но иногда «вымываются» оттуда, выпадая на землю с осадками. Во всех промышленных районах, таких как восточная часть США, Западная Европа и северо-восточные районы Китая и Японии, иногда выпадают дожди, рН которых значительно ниже 4,0 (в норме нижний предел кислотности дождевой воды равен 5). При естественной концентрации диоксида углерода в атмосфере рН дождевой воды составляет 5,6. В присутствии оксидов серы, поступающих в атмосферу из океана и при извержении вулканов, эта величина иногда до 4,7.

Частое выпадение кислотных  дождей (рН<5) нередко приводит к крупным изменениям в экосистемах и повреждению зданий. Подобные явления характерны для государств, граничащими с теми, в которых находятся наиболее мощные источники загрязнения. Так, кислотные дожди, выпадающие в Норвегии и Швеции, - это результат загрязнения в Великобритании и Западной Европе, причем вредные вещества распространяются господствующими ветрами, дующие на большой высоте. В Центральной Швеции и Северной Норвегии под действием кислотных дождей снизились уловы лосося и форели, пострадали леса. Повреждение деревьев, связанное с кислотным загрязнением, - явление, очень распространенное сейчас в Европе, и есть данные о том, что в Англии от такого загрязнения страдают бук и тисс.

Нередко обнаруживается, что там, где  почва бедна карбонатами (такие  почвы образуются, например, на подстилающих гранитных породах), и не в состоянии  нейтрализовать воздействие кислотных осадков, страдает фауна озер и рек. Особенно чувствительными оказываются молодь и икра рыб. В частности, в Скандинавии проблема осложняется тем, что кислотные загрязнители, накопившиеся за зиму в снежном покрове, быстро высвобождаются весной при таянии снега и сразу попадают в большом количестве в талую воду в самый разгар нереста и выклева мальков.

Под влиянием кислотных  дождей магний и кальций вымываются из почвы и листового опада, а  алюминий, марганец и тяжелые металлы  постепенно проникают в почвенные воды, где могут достигать токсических концентраций, приводящих к гибели корней деревьев и к разрушению микоризы. В результате этого снижается способность деревьев получать из почвы воду и минеральные соли. Болезни, связанные с недостатком минерального питания, стали весьма обычными, причем в условиях пониженной влажности заболеваемость деревьев увеличивается. К категории кислотных дождей следует отнести озонно-кислотные туманы, служащие, видимо, одной из причин суховершинности древостоя в Шварцвальде (Германия), а также выпадение сухих кислотных осадков. Озон образуется при взаимодействии углеводородов и оксидов азота в самых нижних слоях атмосферы под влиянием солнечного света. Даже в том случае, когда концентрация каждого отдельного загрязнителя безвредна, смесь таких веществ, как озон, диоксид серы, оксиды азота, другие фотооксиданты и тяжелые металлы, может привести к сильному угнетению растительности. В сочетании с климатическими стрессами, особенно засухой, такой “коктейль” из загрязняющих веществ часто бывает причиной гибели деревьев.

Таким образом, выражение  “кислотные дожди” фактически обозначает несколько разнообразных явлений. Методы борьбы с закислением, например внесение извести в озера (Швеция) или лесную почву (Германия) дают лишь кратковременный положительный  эффект. Серьезных успехов в этом направлении можно достигнуть лишь одним способом – снижением количества газообразных загрязнителей, поступающих в атмосферу. Особое внимание следует сосредоточить на уменьшении выбросов диоксида серы, который поступает в атмосферу в особенно больших количествах, а источники выбросов сравнительно легко обнаружить: это промышленные предприятия, главным образом работающие на угле электростанции. Кроме того существуют эффективные и доступные, но дорогостоящие технологии десульфуризации, при использовании которых диоксид серы в атмосферу не выбрасывается. В долгосрочной перспективе, видимо, также важно будет ограничить поступление в атмосферу углеводородов и оксидов азота.

6. Загрязнение  воды.

До последнего времени  загрязнение воды было локальным явлением, касавшимся преимущественно промышленно развитых стран. Проблема эвтрофизации, вызванной применением чрезмерного количества удобрений при интенсивном ведении сельского хозяйства, а также сточными водами, обогащенными фосфатами, явилась главной проблемой водоемов в ХХ столетии. Такие ситуации все чаще возникают то в одном, то в другом уголке земного шара, затрагивая не только пресноводные, но и морские экосистемы. Например, летом 1988 года огромное, протяженностью в несколько миль пятно «цветения» планктонных водорослей покрыло часть Северного моря и достигло Балтики. Сброс плохо очищенных сточных вод из населенных пунктов побережья приводит к возникновению прямой угрозы для здоровья купающихся в море людей и для морских животных.

Городские стоки и крупные свалки часто бывают причиной загрязнения вод тяжелыми металлами и углеводородами. Поскольку тяжелые металлы накапливаются в морских пищевых цепях, их концентрация может достигнуть летальных доз, что и произошло после большого промышленного выброса ртути в прибрежные воды Японии вблизи города Минимата. Повышенная концентрация этого металла в тканях рыбы привела к гибели многих людей и животных, съевших зараженный продукт. Сублетальные дозы тяжелых металлов, пестицидов и продуктов переработки нефти могут заметно ослаблять защитные свойства организмов. Концентрация полихлорбифенилов (известны еще как канцерогены) в Северном море достигает в настоящее время 0,000002 млн.^-1, а в тканях дельфинов, представляющих собой конечное звено пищевой цепи, их концентрация достигает уже 16 млн.^-1. Страны, расположенные на побережье Северного моря с недавнего времени проводят комплекс мероприятий, направленных на снижение, а в перспективе и на полное прекращение сброса в море и сжигания токсических отходов. Что же касается законодательных мер по контролю над нефтяным загрязнением при работе нефтяных терминалов и слива балластной воды из нефтеналивных судов, то они были приняты гораздо раньше, после того как стала очевидной опасность больших разливов нефти из танкеров (как, например это было при аварии Торри Каньон в 1967 г.). Результаты исследований показали, однако, что малоизвестные небольшие по объему, но постоянно повторяющиеся разливы и утечки нефти наносят экосистемам даже больший ущерб, чем нашумевшие катастрофы. Детергенты, применяемые для уничтожения нефтяных пятен с поверхности моря, часто оказываются более опасными для среды, чем сама нефть. Настоятельно необходимо дальнейшее изучение проблемы и дальнейшее совершенствование мониторинга нефтяного загрязнения моря.