1.8. Основные экологические проблемы современности

История взаимоотношений человека и биосферы. Человечество - часть биосферы, продукт ее эволюции. Однако взаимоотношения человека и природных сообществ никогда не были безоблачными. Так, охотничья деятельность древнего человека, видимо, ускорила вымирание многих крупных травоядных. Поджигание растительности в охотничьих целях могло приводить к опустыниванию. Однако воздействие племен охотников и собирателей на сообщества обычно не было значительным. Человек начал менять и разрушать целые сообщества с переходом к скотоводству и земледелию.

За последние сто лет произошли два важнейших сдвига. Во-первых, резко увеличилась численность населения Земли. Во-вторых, еще более резко выросло промышленное производство, производство энергии и продуктов сельского хозяйства. В результате потоки вещества и энергии, вызываемые деятельностью человека, стали составлять заметную долю от общей величины биогенного круговорота. Впервые человечество стало оказывать заметное воздействие на функционирование всей биосферы.

Если не будут приняты срочные меры, в ближайшие десятилетия можно ожидать нарушения и гибели многих сообществ, ухудшения среды обитания в целом.

Рост народонаселения. В настоящее время на Земле живет 6,5 млрд. человек. В XX веке темп роста населения резко увеличился - за последние 40 лет человечество выросло более чем вдвое. По разным оценкам, к 2025 г. на Земле будет от 7,6 до 9,4 млрд. человек. Основная доля прироста населения приходится и будет приходиться в будущем на развивающиеся страны.

Рост народонаселения требует увеличения производства продуктов питания, создания новых рабочих мест и расширения промышленного производства. Все это усиливает разрушающие воздействия на среду, что в свою очередь может приводить к снижению темпов экономического развития.

Изменение состава атмосферы и климата. Одно из наиболее разрушительных воздействий деятельности человека на сообщества — выделение загрязнителей. Загрязнитель - любое вещество, попадающее в атмосферу, почву или природные воды и нарушающее идущие там биологические (иногда и физические или химические) процессы. Загрязнителями можно также считать радиоактивное излучение и тепло. Загрязнение среды — одна из самых острых экологических проблем.

В атмосферу вследствие деятельности человека поступают углекислый газ СО₂ и угарный газ СО, диоксид серы SO₂, метан СН₄, оксиды азота NO₂, NO и N₂O. Основные источники их поступления — сжигание ископаемого топлива, выжигание лесов и выбросы промышленных предприятий. При использовании аэрозолей в атмосферу поступают хлорфторуглероды, в результате работы транспорта — углеводороды (бенз(а)пирен и др.).

За счет газов антропогенного происхождения образуются кислотные осадки и смог. Кислотные осадки — серная и азотная кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота и выпадающие на поверхность Земли вместе с дождем, туманом, снегом или пылью. Попадая в озера, кислотные осадки могут вызвать гибель рыб и даже всего животного населения. Они также вызывают повреждения листвы, а иногда и гибель растений, ускоряют коррозию металлов и разрушение зданий. Кислотные дожди наблюдаются в основном в районах с развитой промышленностью: капельки воды быстро удаляются из атмосферы. Однако они все же распространяются на сотни километров от производящих выбросы промышленных предприятий и теплостанций.

Смог — результат сложных химических реакций смеси газов (главным образом окислов азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей), протекающих в нижних слоях атмосферы под действием солнечного света. В результате образуются различные вещества, снижающие видимость и крайне вредные для живых организмов. Один из основных вредных компонентов смога — озон (О₃). При образовании смога в крупных городах его естественная концентрация (1х10^-8) повышается в 10 раз и более. При этом озон начинает оказывать вредное воздействие на легкие и слизистые оболочки человека и на растительность.

С антропогенными изменениями состава атмосферы связано разрушение озонового слоя. Озон играет главную роль в поглощении губительного для живых организмов коротковолнового ультрафиолетового излучения. Главные «виновники» разрушения озонового экрана — хлорфторуглероды СFС1₃ и CF₂Cl₂, используемые в холодильной промышленности и при производстве аэрозолей. Они разлагаются в стратосфере с выделением атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород. В нижних слоях атмосферы хлорфторуглероды сохраняются в течение десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу, где в настоящее время их содержание ежегодно увеличивается на 5%.

Очень быстрыми темпами растет содержание в атмосфере метана и углекислого газа. Эти газы обусловливают так называемый «парниковый эффект». Они пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере углекислого газа выросла на 25%, а метана — на 100%. Это сопровождалось глобальным повышением температуры примерно на 0,5 °С. В ближайшие годы выбросы в атмосферу метана и углекислого газа будут расти. Большинство ученых считают, что из-за парникового эффекта в ближайшие 50 лет средняя температура на Земле может вырасти на 2-5 °С. Это потепление может привести к повышению на 0,5-1,5 м уровня мирового океана, причем окажутся затопленными многие густонаселенные прибрежные районы. Общее количество осадков увеличится, однако в центральных районах материков климат может стать более засушливым. Уже сейчас в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, возможно, связанные с глобальным потеплением.

На примере загрязнения атмосферы видно, что даже слабые воздействия могут приводить к крупным неблагоприятным последствиям для природных систем.

Загрязнение природных вод. В настоящее время водным ресурсам грозят истощение и порча. Человечество почти полностью зависит от поверхностных вод суши — рек и озер. Эта ничтожная часть водных ресурсов подвергается наиболее интенсивному воздействию. Вода рек и озер покрывает потребности человечества в питьевой воде, используется на орошение в сельском хозяйстве (на это уходит 73 % всей пресной воды), используется в промышленности, служит для охлаждения атомных и тепловых электростанций. Потребление воды постоянно растет, и одна из опасностей - исчерпание ее запасов. Так, забор воды на орошение из рек Средней Азии привел к обмелению Аральского моря, которое фактически перестало существовать. Соль со дна высохшего моря разносится ветром на сотни километров, вызывая засоление почв.

Не менее грозное явление — загрязнение пресных водоемов. Ядовитые загрязнители нередко вызывают гибель водных организмов и делают воду опасной для здоровья людей. Среди основных загрязнителей пресных водоемов — соли тяжелых металлов (ртути, свинца, цинка, меди и др.). Они накапливаются в иле на дне водоемов и в тканях организмов, составляющих пищевые цепи. При попадании в организм человека соли тяжелых металлов вызывают тяжелейшие отравления.

С полей в водоемы попадает органика, минеральные удобрения, применяемые в сельском хозяйстве ядохимикаты. При разложении органики затрачивается кислород, его содержание в воде снижается, и многие животные гибнут. Минеральные удобрения вызывают бурное развитие водорослей, часто приводящее к ухудшению качества воды и исчезновению наиболее ценных видов рыб. Многие ядохимикаты весьма устойчивы и накапливаются в тканях орга­низмов; в организмах каждого следующего трофического уровня их со­держание в несколько раз повышается.

Морские воды тоже подвергаются загрязнению. С реками и со стоками прибрежных промышленных предприятий в моря ежегодно выносятся миллионы тонн химических отходов. Из-за аварий танкеров и нефтедобывающих установок в океан попадает 5 млн. т нефти в год. Нефть испаряется с поверхности воды и разлагается бактериями, но до этого успевает погубить многие виды водных животных, а также морских птиц.

Загрязняются и грунтовые воды. В них просачиваются минеральные удобрения и вещества со свалок химических отходов.

Истощение и загрязнение почвы. Почвы — еще один ресурс, подвергающийся чрезмерной эксплуатации и загрязнению. Основная причина сокращения площади плодородных почв - несовершенство сельского хозяйства. Распаханный плодородный слой часто смывается осадками или реками (водная эрозия) или развеивается ветром (ветровая эрозия). Распашка обширных степных площадей в США и нашей стране стала причиной пыльных бурь и гибели миллионов гектаров плодороднейших земель. Избыточное орошение, особенно в условиях жаркого климата, может вызывать засоление почв. Это также одна из основных причин их выпадения из сельскохозяйственного оборота.

В основном на почвы воздействует опасное радиоактивное загрязнение. Долгоживущие радиоактивные элементы сохраняются в экосистемах сотни лет. Они накапливаются в организмах животных и растений, вызывая различные заболевания.

Сокращение природного разнообразия. Чрезмерная эксплуатация, загрязнение, а иногда и просто варварское уничтожение природных сообществ, приводит к резкому снижению разнообразия живого. Мы являемся свидетелями вымирания, которое может стать крупнейшим в истории жизни на Земле.

За последние 300 лет с лица Земли исчезло больше видов птиц и млекопитающих, чем за предшествующие 10000 лет. Вымирание крупных животных драматично, и они подлежат охране. Однако главный ущерб разнообразию состоит не в их гибели. В нашем столетии в связи с расчисткой новых площадей для сельскохозяйственного производства, развитием промышленности и загрязнением среды площади многих природных экосистем стремительно сокращаются или оказываются нарушенными, При этом вымирают десятки и сотни тысяч видов животных и растений, большинство из которых так никогда и не будут описаны наукой. Особенно ускорился этот процесс, в связи с уничтожением тропических лесов, площадь которых за последние 200 лет сократилась почти вдвое и продолжает уменьшаться на 1% ежегодно. Из-за этого каждый год с лица Земли безвозвратно исчезает несколько десятков тысяч видов. Они больше никогда не появятся и никогда не станут известны человеку. Почти полностью исчезли степи в Евразии и прерии в США. Интенсивно разрушаются сообщества тундры. Во многих районах под угрозой коралловые рифы и другие морские сообщества.

В нарушенных, обедненных из-за воздействия человека сообществах, на наших глазах уже возникают новые виды с непредсказуемыми свойствами, и этот процесс будет лавинообразно нарастать. При внедрении этих видов в «старые» сообщества может произойти их разрушение — экологический кризис.