7.2. Антропогенные факторы разрушительного воздействия на природу и меры по их устранению

Антропогенными являются факторы, связанные с жизнедеятельностью человека, к которой относятся всевозможные производства, транспорт, земледелие, мелиорация, вырубка лесов, создание искусственных водоемов, градостроительство, горнорудные разработки и т.д. и т.п. Вся эта деятельность так или иначе оказывает воздействие на природу: приводит к изменению структуры и ландшафта земной поверхности; загрязняет атмосферу, Мировой океан и почву; изменяет тепловой баланс планеты; нарушает круговорот веществ и в том числе влаги в биосфере и т.п. В ряде случаев эти воздействия приводят к необратимым процессам и носят крупномасштабный, а порой и глобальный характер. К их числу относят: разрушение озонового слоя атмосферы Земли; кислотные дожди; изменение климата; вырубка лесов; утилизация радиоактивных отходов и т.д. Эти проблемы находятся под пристальным вниманием человеческого сообщества, которое изучает, анализирует каждое из них и разрабатывает меры по их устранению.

Разрушение озоносферы. Озон – форма кислорода с молекулой О₃. В естественных условиях он образуется из О₂ под действием ультрафиолетового излучения, а также электрических разрядов (молний). Основная масса атмосферного озона сосредоточена в стратосфере на высотах от 10 до 50 км – озоносфере. Концентрация озона невелика, максимум ее приходится на высоту 20 – 25 км. Роль озоносферы для живой природы чрезвычайно высока, она выполняет функцию естественного экрана, защищающего живые организмы (клетки) от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, губительного для них. Систематические наблюдения за атмосферой в последние десятилетия выявили образование «озоновых дыр» над отдельными территориями, прежде всего Антарктидой. С другой стороны, в этот же период наблюдался рост заболеваний, обусловленных воздействием жестких электромагнитных излучений [2].

В настоящее время установлено, что основными озоноразрушающими веществами (ОРВ) являются оксиды азота (NO, NO₂), хлорфторуглероды (ХФУ) – CF₂C1₂, CF₂O и т.д.

Основных источников оксида азота в стратосфере два: 1) продукты жизнедеятельности бактерий в почве и воде; 2) продукты сгорания топлива в автомобильных, авиационных и ракетных двигателях.

Основные источники хлорфторуглеродов (ХФУ) – это холодильные установки и кондиционеры, в которых они используются в качестве хладагента; баллончики с аэрозолями различного назначения; химические растворители: тетрахлорметан, бромистый метил и др. (Установлено, что бром в 30–60 раз разрушительнее для озона, чем хлор).

В 1987 году правительства 56 стран, в том числе и СССР, подписали Монреальский протокол, по которому обязались в ближайшее десятилетие вдвое сократить производство озоноразрушающих веществ (ОРВ). Позднее, в 1990 году в Лондоне и в 1992 году в Копенгагене, приняты соглашения, содержащие призыв к полному прекращению производства таких веществ. Считается, что пик производства ОРВ пришелся на 1987–1988 годы и составил около 1,4 млн. тонн в год. Около 35% этого объема приходится на США, 40% – на Европу, 10–12% – на Японию, 7–10% – на СССР.

Следует отметить, что вследствие атмосферных течении озоноразрушающие вещества перемещаются на большие расстояния по планете и уменьшение концентрации озона происходит даже над территориями, не участвующими в выбросе ОРВ. Термин «озоновая дыра» не следует понимать буквально. В действительности, над этой территорией уменьшается концентрация озона. Однако считается, что уменьшение ее всего лишь на 1% приводит к четырехпроцентному росту распространения рака кожи. Кроме того, жесткий ультрафиолет, пропускаемый «озоновой дырой», угнетает иммунную систему, приводит к гормональным расстройствам, снижает сопротивляемость организма, и т.д.

В настоящее время идет постепенное сокращение производства ОРВ. Ожидается, что к середине XXI века естественная концентрация озона в озоносфере будет восстановлена.

Кислотные осадки. При сжигании топлива в теплоэлектростанциях, автомобильном транспорте, авиации и т.д. в атмосферу выбрасываются вместе с другими продуктами сгорания оксиды серы и азота. Доокисляясь в атмосфере, они взаимодействуют с парами воды, образуя серную и азотную кислоты. Выпадая в виде дождя, снега или аэрозолей, кислотные осадки угнетают растения, повышают кислотность водоемов, закисляют почвы, разрушают металлические конструкции, здания и т.д.

Впервые проблему кислотных осадков ощутили на себе жители Скандинавских стран в 70-х годах XX века. Вскоре их проявления заметили в США, Канаде, Западной Европе. В Германии от них пострадало от 30 до 50% лесов. Большой вред кислотные осадки наносят озерам, вода которых не содержит нейтрализующих щелочей. В результате гибнут водоросли, рыба и разрушается экосистема.

Большой ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: растения замедляют рост и развитие, падает урожайность, снижается сопротивляемость болезням.

Высокий уровень кислотных загрязнений атмосферы дают электростанции, работающие на угле. Особенно насыщены сернистым газом выбросы, которые образуются при сжигании высокосернистых бурых углей, мазута, горючих сланцев. Один из эффективных способов снижения уровня таких загрязнений – это применение химической газоочистки, позволяющей улавливать вредные оксиды.

Парниковый эффект. По данным наблюдений метеорологов, климатологов и гидрологов разных стран, в последние десятилетия на Земле повышается уровень Мирового океана; уменьшается площадь вечной мерзлоты (криолитозоны); происходит стремительное таяние континентальных ледников в Антарктиде и Гренландии, а также морских ледников Арктики; возрастает среднегодовая температура: за период 1965–1995 гг. она увеличилась в разных регионах планеты от 0,4 до 1,8 °С. Все это говорит о потеплении климата на Земле.

Мировое сообщество озабочено данной проблемой. В 1992 году на международной конференции по проблемам окружающей среды в г. Рио-де-Жанейро была принята Рамочная конвенция ООН о глобальном изменении климата Земли. Согласно ее выводам потепление происходит в результате повышения концентрации парниковых газов в атмосфере. К ним относятся: углекислый газ (СО₂), водяной пар (Н₂О), метан (СН₄), окись азота (NO₂) и ряд других газов. Основным антропогенным источником парниковых газов является сжигание различных видов ископаемого топлива.

Наличие парниковых газов в атмосфере планет создает «парниковый эффект». Суть его сводится к следующему: парниковые газы хорошо поглощают длинноволновую часть спектра, на которую приходится максимум излучения Земли, в то же время свободно пропускают солнечный свет, соответствующий максимуму излучения Солнца. В результате молекулы парниковых газов эффективно поглощают излучение Земли и задерживают тепло в атмосфере. При этом излучение Солнца они практически не поглощают, тем самым не препятствуют нагреву поверхности Земли солнечными лучами. При повышении концентрации парниковых газов в атмосфере, увеличивается количество поглощенной в ней энергии, что приводит к повышению температуры в нижних слоях тропосферы и на поверхности Земли.

В 1997 г. на 3-й конференции Рамочной конвенции в г. Киото (Япония) был принят Киотский протокол, в рамках которого промышленно развитые страны и страны с переходной экономикой приняли на себя обязательства по ограничению выбросов парниковых газов на период 2008–2012 гг. В 2003 г. Европейская комиссия на основе Киотского протокола приняла директиву, устанавливающую квоты на выброс в атмосферу парниковых газов. По расчетам специалистов реализация мер, оговоренных Киотским протоколом, приведет к сокращению антропогенных выбросов парниковых газов как минимум на 5% относительно уровня 1990 г.

В декабре 2004 г. Государственная Дума Российской Федерации ратифицировала Киотский протокол. США – самая крупная промышленная страна, на долю которой приходится максимальное количество выбросов парниковых газов, не ратифицировала Киотский протокол, ссылаясь на то, что это отрицательно скажется на ее экономике.

По прогнозам специалистов, при сохранении экологической ситуации на планете, уже к 2050 г. среднегодовая температура может возрасти на 2–3 ⁰С , что приведет к подъему уровня Мирового океана примерно на 0,5 м, а к 2100 году на 1–1,5 м. Все это будет иметь как благоприятные, так и резко негативные, а возможно и катастрофические экологические последствия.

Одним из существенных последствий ожидаемого глобального потепления для нашей страны может стать экономия топливно- энергетических ресурсов. По расчетам к середине XXI века отопительный сезон может сократиться на 1–2 месяца в северных регионах России и на 10–15 дней – в центральных и южных районах. Как следствие, затраты тепла на отопление уменьшатся на 15–20%. Аналогичные данные получены по Западной Европе и Канаде.

Повышение температуры, влажности и содержания парникового газа СО₂ в атмосфере приведет повсеместно к росту урожайности сельскохозяйственных культур на 40–130%; увеличатся площади лиственных и субтропических лесов в северном полушарии; в экваториальных широтах резко расширятся границы пустынь.

Природная зональность территории России также претерпит существенные изменения. На европейской части страны практически исчезнет тундра, сохранившись узкой полосой на арктическом побережье Сибири. Зона хвойных лесов (тайга) сместится к северу. Зона широколиственных лесов, занимающая сейчас сравнительно небольшую площадь на западе страны и на Дальнем Востоке, увеличится по площади на 3,7 млн. км², продвинувшись на север и восток, образуя единую широтную зону. Степная и лесостепная зоны также расширятся на 2,2 млн. км². На Северном Кавказе зона степей сменится субтропической растительностью. Сухие степи Калмыкии и Астраханской области станут настоящими пустынями, площадь которых составит около 0,2 млн. км².

Приведенные данные по изменению природной зональности России в целом благоприятны для развития сельского хозяйства, поскольку максимальное приращение получает зона лиственных лесов, которая ассоциируется с регионом устойчивого и высокопродуктивного земледелия, а также зона степи и лесостепи, где возможно эффективное зерновое хозяйство. В результате зональных изменений ожидается увеличение площади земель, потенциально пригодных для земледелия, примерно до 4,7 млн. км², что почти в 1,5 раза больше современной. В целом при глобальном потеплении биоклиматический потенциал территории России возрастет примерно на 30%.

Потепление климата Земли и поверхностных вод Мирового океана приведет к перестройке атмосферных процессов и усилению штормовой активности в тропических и умеренных широтах, которые начинают проявляться уже в наши дни и сопровождаются специфическими погодными явлениями: сильнейшими ливнями и наводнениями в Америке и Европе, засухами в Индонезии и Малайзии, обильными снегопадами в Мексике и Италии, мощными штормами у берегов Калифорнии.

Среди приоритетных глобальных проблем потепления климата особо выделяется повышение уровня Мирового океана и воздействие его на морские побережья, так как это приведет к затоплению приморских плодородных равнин, разрушению береговой линии, ухудшению водоснабжения приморских городов и т.д. Затоплению подвергнутся густонаселенные и освоенные прибрежные районы всех континентов, что потребует переселения многих миллионов человек.

Эта проблема коснется и прибрежных территорий России. Так, при подъеме уровня океана на 1 м за столетие, произойдет существенное преоб-разование морских берегов, в частности, около 40% берегов европейской части России отступят на 100 м и более. Крайне негативными могут быть изменения на хорошо освоенных берегах Черного и Азовского морей, в дельте Кубани и Волги и т.д. В тоже время изменения в прибрежной зоне арктических морей улучшат ледовую обстановку Северного морского пути и обеспечат более длительное плавание судов в арктических морях.

Глобальное потепление климата приведет к таянию и изменению естественного состояния зоны вечной мерзлоты (криолитозоны). Хозяйственное значение криолитозоны для нашей страны трудно переоценить. Она, по сути, стратегический резерв России, ее топливно-энергетическая база. Это – более 30% разведанных запасов нефти страны, около 60% природного газа, неисчислимые залежи каменного угля и торфа, большая часть гидроэнергоресурсов, запасов цветных металлов, золота и алмазов, огромные запасы древесины и пресной воды. Значительная часть природных богатств уже вовлечена в хозяйственный оборот. Создана дорогостоящая и уязвимая инфраструктура: нефтегазопромысловые объекты, магистральные нефте- и газопроводы протяженностью в тысячи километров, шахты и карьеры, гидроэлектростанции, возведены города и поселки, построены автомобильные и железные дороги, аэродромы и порты. На вечной мерзлоте стоят Магадан, Анадырь, Якутск, Мирный, Норильск, Игарка, Надым, Воркута. В настоящее время разработаны достаточно надежные методы прогнозирования последствий строительства на вечной мерзлоте. Однако потепление климата может изменить мерзлотные условия в труднопредсказуемых масштабах, поэтому быстрое таяние мерзлоты может обернуться катастрофическими последствиями.

Изменение климата на планете на сегодняшний день – одна из наиболее важных глобальных проблем человечества, которая затрагивает все стороны жизни человека и может изменить весь облик Земли в обозримом будущем. Точных расчетов поведения биосферы Земли в условиях потепления климата сделать практически невозможно, поскольку биосфера слишком многоплановая система, поэтому все прогнозы носят только вероятностный характер.

Учеными рассматривается даже сценарий, по которому глобальное потепление климата Земли может смениться резким похолоданием, а возможно оледенением в Северном полушарии. Таяние ледников приведет к резкому увеличению пресной воды, которая не смешиваясь с морской водой, нарушит циркуляцию вод Мирового океана, в том числе теплого течения Гольфстрим, обогревающего Англию, Францию, Скандинавские страны и часть европейской территории нашей страны. В результате тепло Гольфстрима не будет подниматься в эти широты, а влияние Арктики приведет к резкому похолоданию.

Сведение лесов – одна из важных экологических проблем глобального масштаба. В природных экосистемах роль леса чрезвычайно велика. Лес формирует состав атмосферы; обеспечивает круговорот воды в природе; регулирует уровень грунтовых вод и сток поверхностных вод в реки и Мировой океан; предохраняет почву от эрозии; служит средой обитания животных и растений; оказывает существенное влияние на климат планеты.

Особенно важное значение имеет лес для внутриконтинентальных регионов, расположенных вдали от морских побережий. Вырубка лесов в этих районах приводит к нарушению влагооборота и, как следствие, к изменению микроклимата. В результате некогда цветущие оазисы превращаются в пустыни.

Исключительно важная роль отводится лесу в формировании и поддержании состава атмосферы Земли. С точки зрения современного естествознания первичная атмосфера ранней Земли была бескислородной. Содержание в ней кислорода связывают исключительно с фотосинтезом. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ СО₂ и выделяют кислород О₂. Современный состав атмосферы ( 21% кислорода, 78% азота), формировался примерно в течение 3 млрд. лет. Последние 200 млн. лет ее состав практически не изменялся и сохранился до нашего времени. Жизнь на Земле в современном ее виде адаптировалась в результате эволюции к существующей атмосфере. Уменьшение лесов и увеличение выбросов промышленных газов могут существенно изменить состав атмосферы, что может оказаться губительным для жизни на Земле.

По оценкам специалистов в 1970 году площадь, занятая лесами, составляла примерно 37 млн. км², или около 30% суши Земли. Всего за 15 лет в период с 1980 по 1995 гг. истреблено 1,8 млн. км² лесов, т.е. около 5% всего лесного массива планеты. В последнее десятилетие вырубки лесов сократились. Однако большие площади уничтожаются лесными пожарами, причем не только в Сибири, но и Европе, Австралии, Америке, то есть практически на всех континентах.

Некоторый оптимизм в решение данной экологической проблемы вселяет тот факт, что лес – это восстанавливаемый природный ресурс планеты. Посадка лесов человеком, сокращение их вырубки, а также защита от лесных пожаров, взятые под контроль на государственном уровне, смогут восстановить лесной покров Земли.

Загрязнение поверхностных пресных вод. Вода – это основа жизни на Земле. Сама жизнь на нашей планете зародилась в воде и не может существовать без нее. Вода входит в состав всех живых организмов и участвует во всех процессах их жизнедеятельности. Примерно 70% всей поверхности Земли занято водой, однако пресной воды в ней содержится менее 2%, причем большая часть ее находится в ледниках Арктики, Антарктиды и Гренландии. Самый большой запас пресной воды на планете (около 20%) содержится в оз. Байкал.

Вода необходима не только для поддержания собственно жизни на планете, она в качестве обязательной компоненты входит во все технологические процессы как промышленных, так и сельскохозяйственных производств. Попадая в производственный цикл, вода выводится из природного круговорота и подвергается значительным загрязнениям. Органические вещества, минеральные удобрения, соли тяжелых металлов, нефтепродукты, радиоактивное загрязнение – вот неполный перечень, которым человек в результате своей жизнедеятельности отравляет воду. Еще более удручающее впечатление производят масштабы этих загрязнений. По данным В. В. Горбачева [3] ежегодно в водную среду сбрасывается до 600 млрд. тонн промышленных и сточных вод, содержащих до 300 млн. тонн железа, 2,3 млн. тонн свинца, 7000 тонн ртути, 6000 тонн фосфора, 0,5% от всей добываемой нефти. Все это, попадая в водоемы и реки, переносится ими в моря и океаны, не считаясь с государственными границами. Даже воды Байкала, этого главного хранилища пресной воды планеты, вот уже 40 лет отравляются промышленными сбросами целлюлозно-бумажного комбината, построенного на его берегу.

Загрязняющие вещества, попадая в воду, изменяют ее химический состав, в результате чего одни обитатели водоемов гибнут, а на их место появляются другие, что означает разрушение биологического равновесия в экосистемах. Есть опасение, что сохранение сложившихся темпов загрязнения воды, может нарушить среду обитания планктона, а это грозит необратимыми процессами в экосистеме всего Мирового океана. В связи с ростом населения планеты, потребление воды вряд ли будет уменьшаться, поэтому решить проблему загрязнения водной среды можно только переводя производства на замкнутый цикл водопотребления и строительство очистных сооружений.

Утилизация и захоронение отходов. Проблема утилизации промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов все более остро встает перед современным урбанизированным населением Земли. Например, только в Челябинске ежегодно вывозится на городскую свалку более 60 млн. тонн твердых отходов. Сброс отходов плохо контролируется, на свалках оказываются вредные и ядовитые вещества, которые разносятся ветром и поверхностными водами [2].

В развитых странах строятся мусороперерабатывающие заводы, отчасти решающие проблему утилизации. Однако на сегодня эта проблема во многих странах, включая Россию, решается крайне медленно. Городские свалки «захватывают» все большую территорию плодородных земель, отравляя почву и нанося вред окружающей среде.

Особую опасность представляют промышленные радиоактивные отходы – отходы и отвалы уранового производства; отработанное топливо атомных электростанций и энергоустановок; отработавшие установленный срок ядерные реакторы и т.п. Отработанное топливо некоторых реакторов типа БН-600, БН-350, ВВЭР-440, а также реакторов подводных лодок и надводных кораблей перерабатывается на специализированных заводах. Для остальных радиоактивных отходов в настоящее время разрабатываются и уже реализуются различные способы захоронения: глубинное захоронение в земле и океанских донных отложениях в специальных антикоррозионных контейнерах; способ битумирования (распространен во Франции); способ выжигания в ускорителях протонов высоких энергий; способ остекловывания, который с 2001 г. применяется на производственном объединении «Маяк» в Челябинской области. Радиоактивные отходы непромышленного происхождения – это медицина, научные организации, измерительные приборы и т.д., централизованно собираются и перерабатываются в региональных специализированных комбинатах «Радон». В крупных промышленных центрах созданы городские пункты захоронения, в которых предусмотрена надежная изоляция жидких и твердых радиоактивных отходов, исключающая их проникновение в окружающую среду.

Основная проблема утилизации и захоронения радиоактивных отходов связана прежде всего с высокой проникающей способностью ядерных излучений и разрушительным воздействием радиации на живые организмы. Кроме того, длительность опасного воздействия некоторых радиоактивных изотопов составляет десятки и даже тысячи лет. Так период полураспада радона равен 3,8 суток; стронция – 28 лет; радия – 1620 лет, а урана – 4,5 млрд. лет. В связи с этим для разных типов радиоактивных отходов разрабатываются и используются свои специфические методы утилизации.