Глава 2

ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ. ОБЩЕСТВО И ОКРУЖАЮЩАЯ ПРИРОДНАЯ СРЕДА1

Понятие об экологии. Общество и окружающая природная среда. Экологические системы в природе и их равновесие. Круговорот веществ в природе. Законы Б. Коммонера.

Значение и задачи охраны окружающей среды. Экологические проблемы России

2.1. ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОЛОГИИ

Экология (от греч. oikos — дом, жилище, местопребывание и logos — учение) — наука об отношениях растительного мира и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Этот термин предложен немецким ученым Э. Геккелем в 1866 г.

В целом современная всеобщая, или большая, экология — это научное направление, рассматривающее некую значимую совокупность природных и отчасти социальных (для человека) явлений и предметов. В настоящее время экология разделилась на ряд научных отраслей и дисциплин, подчас далеких от первоначального понимания экологии как биологической науки (биоэкологии) об отношениях живых организмов с окружающей средой, хотя в основе всех современных направлений экологии лежат фундаментальные идеи биоэкологии. В зависимости от размеров объектов изучения экологию делят на аутоэко-логию (организм и его среда), популяционную экологию (популяция и ее среда), синэкологию (биохимическое сообщество, экосистема и их среда), географическую или ландшафтную экологию (крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и их среда) и глобальную экологию (мегаэко-логия, учение о биосфере Земли).

По отношению к предметам изучения экологию подразделяют на экологию микроорганизмов, растений, животных, человека, сельскохозяйственную, промышленную (инженерную)

' Глава написана совместно с экологом Т.В.Протасовой. 29

и общую экологию. С учетом среды и компонентов выделяют экологию суши, пресных водоемов, морей, тундр, лесов, городов и т.д. В зависимости от методов изучения различают такие экологические направления, как биосферная, медицинская, математическая, химическая, экономическая, юридическая и др. Схема основных направлений экологии приведена на рис. 2.1.

Биосферная экология изучает глобальные изменения, которые происходят на нашей планете в результате воздействия хозяйственной деятельности человека на природные явления.

Лесная экология изучает способы использования ресурсов лесов (древесина, промысловые животные, ягоды и др.) при их постоянном восстановлении, а также роль, которую играют леса в поддержании водного режима ландшафтов.

Экология тундр изучает способы рационального природопользования в тундре и лесотундре — оленеводство и охота. Важным направлением в экологии тундр в последнее десятилетие стало изучение влияния на экосистемы добычи нефти и газа и разработка способов уменьшения вредного воздействия промышленности.

| Динамическая экологи” ^"^ Экология сотая \—\ Аналитическая экояогия

1

Экология промышленная (инженерная)

Экология сельскохозяйственная

ЭКОЛОГИЯ "(кмыная", всеобщая, глобальная, мегаэюяогкяндр. -

| Экология космичес кал |—— Н Экология прикладная

i——

Экология канцерогенеза (онкологи тес гая) и другие области медицинской экологии

Гг'=

1

| Биоэкология 1— Мучение обиосфере h • Экология географическаи (ландшафтная)

Т., , Г- Экология человека Социальная экология

————„-.„„ |

Экология историческая Археоэкология

Экология эволюционная Аутоэкологня

Зкологил лопуляцнонная (демэкология)

Сяиэюлогия

Экология животных Экология растений Экология других систематических групп

1

Экология личности

Экология социальных групп

Экология человеческих популлция

Экология человечества

суши пресных В01 морская

Крайнего Севера высокогорий

других географических подразделений химическая

геохимичес-кал

1

1

Эколог города

Эколог Видео •ия (антропоэкологил) и” градостроительная

Рис. 2.1. Схема основных направлений экологии 30

Экология морей изучает влияние хозяйственной деятельности человека на морские экосистемы: загрязнение при добыче нефти и газа на шельфе, при сбрасывании в воду промышленных и бытовых стоков и твердых отходов, в том числе с морских судов. Эта наука разрабатывает методы восстановления и поддержки морских экосистем.

Сельскохозяйственная экология изучает способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения ресурсов почвы и лугов и при сохранении окружающей среды и производства экологически чистых (т.е. не загрязненных опасными для здоровья человека веществами) продуктов.

Промышленная экология изучает влияние выбросов промышленных предприятий на окружающую среду и возможности снижения этого влияния за счет совершенствования технологий и очистных сооружений.

Городская экология изучает возможности улучшения среды обитания человека в городе.

Медицинская экология изучает болезни человека, связанные с загрязнением среды, и способы их предупреждения и лечения. Здоровье населения любой территории — лучший показатель состояния среды его обитания.

Некоторые науки экологического комплекса выделены не по объекту изучения, а по методам, с помощью которых этот объект изучается.

Математическая экология моделирует экологические процессы, т.е. отклонения в природе, которые произойдут при изменении экологических условий.

Химическая экология разрабатывает методы определения веществ-загрязнителей, попадающих в атмосферу, воду, почву и продукты питания, способы химической очистки газообразных, жидких и твердых отходов и новые технологии производства, при которых количество отходов уменьшается.

Экономическая экология разрабатывает экономические механизмы рационального природопользования — оценки стоимости ресурсов (вода, древесина, нефть и т.д.) и размеры штрафов за загрязнения.

Юридическая экология разрабатывает систему законов, направленных на защиту природы. Юристы-экологи выступают в качестве защитников Природы на судебных процессах, связанных с экологическими преступлениями или нарушениями законов рационального природопользования.

Экология и охрана природы тесно связаны между собой, но если экология — это фундаментальная наука, то охрана природы относится непосредственно к практике. Однако обе они

31

имеют социально-экономические аспекты и междисциплинарные сферы взаимодействия.

Специалисты по наукам экологического комплекса, выделенным по признакам объектов и методов изучения, должны работать вместе. Так, в решении вопросов лесной экологии могут принимать участие специалисты-экологи — математики, экономисты и юристы, а при решении вопросов медицинской экологии к этим специалистам должен присоединиться еще и эколог-химик, который может проследить судьбу химических веществ, выброшенных предприятиями в окружающую среду, и предложить способы уменьшения их вредного влияния на здоровье человека.

В наш динамический век наряду с восхищением успехами человека, его познаниями и “покорением” природы во всем мире растет озабоченность людей состоянием окружающей их природной среды. В последние два десятилетия эта озабоченность людей и, прежде всего ученых, переросла в серьезное беспокойство. Это связано с ухудшением качества окружающей человека природной среды в результате индустриализации и урбанизации его образа жизни, истощения традиционных (относительно легкодоступных) энергетических и сырьевых ресурсов, постепенного возрастания демографической “нагрузки” на природу, нарушения естественных экологических балансов, “хозяйственного” уничтожения отдельных видов животных и растений, отрицательных генетических последствий загрязнения природы отходами производственной деятельности человека, включая опасность генетического перерождения самого человека. Если люди не будут принимать меры по предотвращению загрязнения окружающей среды, то существующий экологический кризис может перерасти в экологическую катастрофу.

Экологический кризис — это критическое состояние окружающей среды, вызванное расточительным использованием природных ресурсов (воды, воздуха, почвы, растительного и животного мира) и загрязнением окружающей среды, которое угрожает существованию человека.

2.2. ОБЩЕСТВО И ОКРУЖАЮЩАЯ ПРИРОДНАЯ СРЕДА

Общество и окружающая природная среда — это совокупность природных условий, среды обитания и производственной деятельности человека.

В естественнонаучном плане под природой следует понимать совокупность четырех оболочек Земли: литосферы, гид-

32

росферы, атмосферы и биосферы. Причем последняя органически входит в состав первых трех оболочек.

В узком значении термин “природа” используется как своеобразный эквивалент понятия “биосфера”. (Последняя, как отмечалось ранее, представляет собой совокупность микроорганизмов, растений, животных и человека, населяющих Землю.) Однако следует отметить, что природная среда включает в себя не всю природу в естественнонаучном значении. В нее входит часть литосферы (до глубины 3—5 км), в которой содержатся основные запасы минерального сырья, реализуемого в процессе производственной деятельности человека. Особую ценность представляет верхний горизонт литосферы — почва как источник продовольственных ресурсов планеты. В окружающую среду включают нижний слой атмосферы, который используется промышленностью, авиацией и др. От степени загрязненности нижнего слоя атмосферы зависят функционирование биосферы и здоровье человека.

В окружающую среду входит также поверхностный слой Мирового океана, включая шельфовую зону, богатую биологическими и минерально-сырьевыми ресурсами, а также наиболее мобильную часть гидросферы — пресные воды суши, широко используемые человеком в его хозяйственной деятельности.

Научно-техническая революция (НТР), вызвавшая интенсификацию производственных процессов, привела к резкому увеличению масштабов использования разнообразных природных ресурсов, в особенности минерально-сырьевых, почвенных, биологических и водных. Одновременно возникла опасность нарушения нормативного функционирования биосферы. На этом фоне возрастает интерес к природно-ресурсным исследованиям, так как природа и природные ресурсы составляют естественный баланс общественного производства.

Анализ показывает, что в современную эпоху на интенсивность использования природных ресурсов и тесно связанное с ней состояние окружающей среды объективно влияют две группы факторов: НТР и ее проявление в производственной деятельности человеческого общества; демографические факторы (рост численности населения, урбанизация). Под урбанизацией следует понимать рост численности городского населения и широкое распространение городского образа жизни.

Обе группы факторов взаимообусловлены, так как достижения НТР, с одной стороны, реализуются в ходе производственной деятельности людьми, которые выступают одновременно и как творцы научно-технического прогресса (НТП), а с другой стороны, объективно влияют на увеличение численности наро-

2—3497

33

донаселения благодаря росту производства продуктов питания и снижению смертности (табл. 2.1).

Таблица 2.1Ускорение роста населения мира, млн. человек [61]

Год Численность Прирост насе Прирост

населения в ления по срав населения в

мире нению с чис среднем за

ленностью на один год

предыдущую

дату

Начало отсчета 230 — —

1000 275 45 за 1000 лет 0,045

1500 450 175 за 500 ' 0,35

1800 920 470 за 300 ' 1,57

1900 1571 651 за 100 ' 6,51

1950 2486 915 за 50 ' 18,3

1970 3632 1146 за 20 ' 57,3

1980 4415 783 за 10 ' 78,3

1986 4936 521 за 6 ' 89,9

2000 6000—6200 1252—1452 за 16' 78,3—90,8

Трансформируясь сквозь сложную призму социально-экономических отношений, эти факторы определяют уровень развития производительных сил, от которого, в свою очередь, зависят степень воздействия человеческого общества на природные ресурсы, интенсивность их количественного и качественного истощения и загрязнение сферы обитания человека промышленными, сельскохозяйственными и коммунально-бытовыми отходами. Важнейшим элементом этого многофакторного процесса являются производительные силы: не только орудия и средства производства и новые технологии, созданные в эпоху НТР, но и люди, управляющие ими. Производительные силы — это активный фактор, стимулирующий развитие общественного производства.

Принципиальная схема взаимодействия основных факторов в системе “общество—окружающая среда” состоит из двух подсистем (рис. 2.2).

В первой — социально-экономической подсистеме анализируется влияние НТР на развитие и территориальное размещение производительных сил с учетом демографических факторов, включая урбанизацию.

Во второй — природно-ресурсной подсистеме исследуется влияние развития производительных сил на количественное и тесно связанное с ним качественное истощение природ-

34

Рис. 2.2. Принципиальная схема взаимодействия основных факторов в системе “общество — окружающая среда”

ных ресурсов тех или иных видов. Количественное истощение природных ресурсов связано с уменьшением их балансовых запасов в связи с высокими темпами их расходования. Качественное истощение связано с поступлением в окружающую среду (водные источники, атмосфера, почвенный и растительный покровы) веществ — загрязнителей биосферы (для минерально-сырьевых ресурсов качественное истощение связывается со снижением их промышленных кондиций).

Важнейший компонент природной среды — человеческое общество. Природа — среда жизни и деятельности человека, источник ресурсов его существования, предмет труда, объект преобразования. Поэтому труд человека следует рассматривать как процесс, происходящий между человеком и природой, как процесс, в котором человек своей собственной деятельностью опосредствует, регулирует и контролирует обмен веществ между собой и природой. Человек, развивая производство, переделывает природу, приспосабливает ее к своим потребностям, и чем

35

выше уровень развития производства, чем совершеннее техника и технология, тем больше степень изменения получаемого природного материала и использования сил природы.

2.3. ПОКАЗАТЕЛИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ

Для логистического анализа воздействия человека на окружающую среду его можно выразить в виде некоторых безразмерных пространственно-временных характеристик, выделив три взаимосвязанных показателя.

1. Показатель демографического воздействия Кд, т.е. воздействия собственно человека, численно равен отношению местной плотности населения (в данной области или регионе) 7ц к фоновой плотности Vo (для страны в целом) Кд. =Ум : Vo. Например, в начале 90-х гг. плотность населения в европейской части России составляла примерно 40 чел./км2, а в азиатской — 5 чел./км2 при фоновой плотности в целом l^o^lS чел./км2. Из приведенных данных следует, что в среднем Кц для европейской части в 8 раз выше, чем для азиатской, и почти в 3 раза выше, чем по стране в целом.

2. Показатель физико-механического воздействия человека на окружающую среду К^и, отражающий рост воздействия современных машин и механизмов, с соответствующими пространственно-временными характеристиками. Численно он равен: -К'фм ^Ум '• 2^<” а по своей сущности является комплексным критерием интенсификации общественного труда. Для его оценки могут быть предложены различные обобщенные характеристики: возрастание грузооборота (в тоннах на погонный километр дороги) или площади ежегодно распахиваемых сельскохозяйственных угодий (в гектарах) по сравнению с каким-либо временным уровнем. Например, доля пашни в общей площади сельскохозяйственных угодий по стране составляет 37% (Vo = 0,37). В то же время территориальная изменчивость местной площади распашки земель, характеризующая меру физико-механического воздействия на природную среду, колеблется в весьма широких пределах. Для областей Северо-Запада России fm = 0,07—0,15, а для степной зоны V” = 0,6—0,8.

Наиболее высок показатель физико-механического воздействия в городской среде: интенсивность движения автомобильного транспорта, повышенный уровень вибрации и шума, различные виды излучения.

3. Показатель технологического воздействия наиболее опасен для биосферы в целом. Для измерения этого показателя можно воспользоваться выражением К-г =ХОм : БОон где Ом и

36

Оо— соответственно местная и нормативная интегральные характеристики загрязнения. За нормативные показатели технологического воздействия могут быть приняты предельно допустимые концентрация, сброс и выброс (ПДК, ПДС и ПДВ), предложенные для многочисленных видов загрязнителей атмосферы, гидросферы и биосферы. Интегральной характеристикой технологического воздействия на природную среду может служить частота превышения ПДК, ПДВ и ПДС в отдельных районах, которая также является пространственно-временной характеристикой. Технологическое воздействие на окружающую среду ярко выражено в городах — очагах промышленного производства.

Суммарное воздействие человеческого общества на окружающую среду может быть представлено суммой показателей демографического, физико-механического и технологического воздействий. Однако при определении суммарного воздействия выявляется немало трудностей. Например, один из наиболее значительных источников загрязнения атмосферы — автомобильный транспорт — может рассматриваться в качестве носителя как физико-механического, так и технологического воздействия. Степень влияния различных видов воздействия на окружающую среду также неодинакова. Человек, работая вручную без орудий труда и средств производства, оказывает гораздо меньшее воздействие на состояние окружающей среды, чем в ходе производственной деятельности.

Как показывают накопленные данные, наиболее опасным из всех видов воздействия на биосферу и здоровье человека является технологическое воздействие, которое распространяется на многие сотни и тысячи километров от источников загрязнения: 7^т > ^"ф.м > ^д.

Для определения суммарного воздействия человеческого общества на окружающую среду имеется немало других предложений. Так, некоторые ученые рекомендуют использовать максимально допустимую нагрузку (МДН) — условную меру современных воздействий, не оказывающих вредного влияния (прямого или косвенного) на человеческий организм, а для экосистем — предельно допустимую экологическую нагрузку (ПДЭН), при которой не наблюдаются нарушения нормального функционирования данной экосистемы. В качестве пороговых значений МДН и ПДЭН предполагается использовать некоторые безразмерные единицы, по физическому смыслу близкие к ПДК. Введение раздельных показателей воздействия на человеческий организм и экосистемы представляется вполне целесообразным. Вместе с тем имеется немало трудностей, связанных с неоднозначностью пороговых значений ПДЭН для различных экосистем и ответных реакций биоты на антропогенное

37

воздействие. Поэтому оценить степень суммарного воздействия на природную среду и наметить систему природоохранных мероприятий можно лишь схематично, если иметь в виду, что главные очаги воздействия приурочены преимущественно к городским поселениям или местам концентрации горнодобывающей промышленности, а в сельской среде обитания — к местам интенсивного земледелия.

Поскольку показатель суммарного воздействия человека на природную среду достигает максимальных значений в городских поселениях, последние необходимо рассматривать как природную среду, находящуюся в экстремальных условиях, тогда как сельская местность представляет собой часть природной среды, в большей или меньшей степени затронутую антро-погенным воздействием. Вместе с тем сельская среда обитания не представляет собой изолированного природного образования. Например, рекреационное воздействие человека сказывается и на состоянии природных комплексов в сельской местности, а ореол рассеяния промышленных выбросов в атмосферу, гидросферу и биосферу распространяется на многие десятки (иногда сотни) километров от городских поселений. В свою очередь городские жители ощущают влияние пыльных бурь, очагами которых являются сельскохозяйственные территории, расположенные на расстоянии многих сотен километров от городов.

Оценка суммарного воздействия позволяет разделить всю окружающую среду на две крупные категории: городскую и сельскую среды обитания. Для городской среды обитания типичны высокие показатели демографического, физико-механического и технологического воздействий в десятки, а иногда и сотни раз превосходящие аналогичные показатели для сельской местности. Лишь в районах наибольшего сельскохозяйственного использования, являющихся очагами водной и ветровой эрозии, механическое воздействие может быть сопоставимо по масштабам с подобным воздействием на городские территории.

Предложенные показатели позволяют выделить группы стран, различающихся по степени того или иного воздействия на окружающую среду. На начало 80-х годов для большинства развивающихся стран Азии приходится типично высокое демографическое воздействие (Бангладеш — 643 чел./км2, Индия — 213, Китай — 104, Индонезия — 75 чел./км2). Суммарное воздействие человеческого общества на окружающую среду велико в промышленно развитых странах, особенно в тех из них, где большая плотность населения (Япония — 310 чел./км2, ФРГ — 240, Великобритания — 230 чел./км2), сочетается с высоким

38

уровнем развития промышленного производства. Среди этих государств выделяются США, где при относительно небольшом демографическом воздействии (24 чел./км2) очень высокий уровень развития промышленного производства и значительная степень концентрации населения в городах (73%) предопределяют высокие показатели суммарного воздействия на окружающую среду, особенно в городах.

В России строительство городов явилось объективным фактором динамичного развития производительных сил. Быстрое развитие городских агломераций (их насчитывается более 90) сопровождалось некоторыми неблагоприятными явлениями, особенно в тех случаях, когда суммарное воздействие на окружающую среду превышало допустимые пределы. Для зон европейского и азиатского Севера с высоким уровнем урбанизации, небольшим приростом общего и городского населения типичен очаговый характер расселения, когда отдельные города расположены на слабо освоенной территории (преимущественно по долинам рек). Хотя воздействие на окружающую среду здесь приурочено к немногим очагам, слабая степень устойчивости растительных комплексов и малая скорость естественного возобновления делают их легко уязвимыми к физико-механическому и технологическому воздействиям, особенно в горнопромышленных районах, местах добычи нефти и газа, пунктах вывоза и переработки леса, в портах и пристанях.

Устойчивость растительных сообществ может характеризоваться их первичной биологической продуктивностью (ПБП) — средней величиной нарастающей за год наземной и подземной органической массы, которая измеряется в сухой массе (п/га). ПБП зависит от ресурсов тепла и влаги, а также от характера почв, составляя в пределах России для арктической тундры 10 ц/га, для луговой степи 100—110 и для слабо обеспеченных влагой территорий (полупустыни) 7—10 ц/га.

2.4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В ПРИРОДЕ

Экосистема —это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды. Термин “экосистема” ввел английский фитоценолог А. Тенсли в 1935 г. Экосистемами являются, например, участок леса, река, море, аквариум, кабина космического корабля, географический ландшафт или даже вся биосфера.

Экологи используют также термин “биогеоценоз”, предложенный советским ботаником В. Н. Сукачевым. Этим термином обозначается совокупность растений, животных, микроор-

39

ганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Биогеоценоз является синонимом экосистемы.

Между экосистемами, как и между биогеоценозами, обычно нет четких границ, и одна экосистема постепенно переходит в другую. Большие экосистемы состоят из экосистем меньшего размера.

Самой большой экосистемой является биосфера — оболочка планеты, заселенная живыми организмами. Толщина биосферы немногим больше 20 км (организмы обитают над поверхностью суши не выше 6 км над уровнем моря, опускаются не глубже 15 км в толщу суши и на 11 км в глубь океана), но основная масса живого вещества сконцентрирована в приповерхностном слое толщиной 50—100 м — это высота лесного полога и глубина проникновения основной массы корней. В этих же границах сконцентрированы наземные и почвенные животные и микроорганизмы. В океане наиболее обжиты растениями и животными освещаемые солнцем и прогреваемые до глубины 10—20 м приповерхностные толщи воды. В этом тонком слое биосферы сконцентрировано более 90% биомассы растений и животных (рис. 2.3).

По сравнению с диаметром Земли (13 тыс. км) биосфера — тонкая пленка, подобная кожице на яблоке.

Учение о биосфере создал русский ученый В. И. Вернадский. Он доказал, что живые организмы за 4 млрд. лет существования их на Земле произвели огромные преобразования. В атмосфере появился кислород, раковины моллюсков и форами-нифер образовали осадочные горные породы. Под влиянием жизнедеятельности организмов в биосфере постоянно происходил и происходит круговорот воды, кислорода, углерода азота и других веществ.

При незначительном вмешательстве человека в экосистемы биосфера сохраняет свое равновесие. Однако усиливающееся влияние человека на природу, например, вырубка лесов, которые выделяют кислород и испаряют много воды, сжигание больших количеств содержащего углерод топлива с выделением углекислого газа, уменьшение испарения с поверхности океана из-за загрязнения нефтью — все это нарушает круговороты веществ и приводит к глобальному ухудшению состояния биосферы.

В экосистемах устанавливается постоянный баланс процессов синтеза и распада органических веществ, который под воздействием внешних факторов приспосабливается путем перестройки или разрушается. В этом случае наступает экологический кризис.

40

Рис. 2.3. Распространение жизни в биосфере 41

Искусственно создаваемые экосистемы обеспечивают непрерывный процесс обмена веществ и энергии как внутри природы, так и между ней и человеком. В зависимости от воздействия хозяйственной деятельности человека эти системы подразделяются на:

• естественные, сохранившиеся в неприкосновенности;

• модифицированные, изменившиеся от деятельности человека;

• трансформированные, преобразованные человеком. Итак, в экосистеме происходит взаимодействие жизненного сообщества, состоящего из множества организмов, с характерными факторами среды, действующими на это сообщество. Экосистемы классифицируют обычно по наиболее важным факторам среды. Так, выделяют морские, наземные или сухопутные, береговые или литоральные, озерные или лимнические экосистемы и др.

Как построена экосистема? Как правило, она состоит из четырех основных элементов (см. рис. 1.4).

1. Неживая (абиотическая) среда — это вода, минеральные вещества, газы, а также неживые органические вещества и гумус.

2. Продуценты (производители) — живые существа, способные из неорганических материалов среды строить органические вещества. Такую работу выполняют главным образом зеленые растения, производящие с помощью солнечной энергии из углекислого газа, воды и минеральных веществ органические соединения. Этот процесс называют фотосинтезом. При нем высвобождается кислород. Органические вещества, производимые растениями, идут в пищу животным и человеку, кислород используется для дыхания.

3. Консументы — потребители растительной продукции. Организмы, питающиеся только растениями, называют консумен-тами первого порядка. Животных, питающихся только (или преимущественно) мясом, называют консументами второго порядка.

4. Редуценты (деструкторы, разлагатели) — группа организмов, которые разлагают остатки отмерших существ, например, растительные остатки или трупы животных, превращая их снова в исходное сырье (вода, минеральные вещества и углекислый газ), пригодное для продуцентов, превращающих эти составные части снова в органические вещества. К редуцентам относятся многие черви, личинки насекомых и другие мелкие почвенные организмы. Бактерии, грибы и другие микроорганизмы, превращающие живое вещество в минеральное, называют минерализаторами.

Как отмечалось ранее, экосистема может быть и искусственной. Примером такой экосистемы, крайне упрощенной и не-

42

полной по сравнению с естественной, является космический корабль. Его пилоту в течение длительного времени приходится жить в замкнутом пространстве корабля, обходясь ограниченными запасами пищи, кислорода и энергии. При этом по возможности желательно восстанавливать и вторично использовать израсходованные запасы вещества и отходы. Для этого в космическом корабле предусмотрены специальные установки регенерации, а в последнее время ведутся опыты и с живыми организмами (растениями и животными), которые должны участвовать в переработке отходов жизнедеятельности космонавта, используя энергию солнечного света.

Сравним искусственную экосистему космического корабля с какой-либо естественной, например, с экосистемой пруда. Наблюдения показывают, что количество организмов в этом биотопе остается (с некоторыми сезонными колебаниями) в основном постоянным. Такую экосистему называют стабильной. Равновесие сохраняется до тех пор, пока не изменятся внешние факторы. Основные из них — приток и отток воды, поступление различных питательных веществ, солнечное излучение. В экосистеме пруда живут различные организмы. Так, после создания искусственного водохранилища оно постепенно заселяется бактериями, планктоном, затем рыбами и высшими растениями. Когда развитие достигло определенной вершины и внешние воздействия остаются долгое время неизменными (приток воды, веществ, излучения, с одной стороны, и отток или испарение, вынос веществ и отток энергии — с другой), экосистема пруда стабилизируется. Между живыми существами устанавливается равновесие.

Как и упрощенная искусственная экосистема космического корабля, экосистема пруда способна к самоподдержанию. Неограниченному росту препятствуют взаимодействия между растениями-продуцентами, с одной стороны, животными и растениями (консументами и редуцентами) — с другой. Консументы могут размножаться лишь до тех пор, пока они не перерасходуют запас имеющихся питательных веществ. Если их размножение окажется чрезмерным, то рост их численности прекратится, так как им не хватит пищи. Продуцентам в свою очередь постоянно требуются минеральные вещества. Они же вновь пускают в оборот отходы жизнедеятельности. Таким образом возобновляется круговорот:

растения (продуценты) поглощают эти минеральные вещества и с помощью солнечной энергии воспроизводят из них богатые энергией питательные вещества.

Природа действует в высшей степени экономно. Созданная организмами биомасса (вещество их тел) и содержащаяся в ней энергия передаются остальным членам экосистемы: животные

43

питаются растениями, хищные животные поедают первых, человек употребляет в пищу растения и животных. Этот процесс называют пищевой цепью.

Примеры пищевых цепей: растения — растительноядные животные — хищник; злак — полевая мышь — лиса; кормовые растения — корова — человек. Как правило, каждый вид питается не одним-единственным видом. Поэтому пищевые цепи переплетаются, образуя пищевую сеть. Чем сильнее организмы связаны между собой пищевыми сетями и другими взаимодействиями, тем устойчивее сообщество против возможных нарушений. Естественные, ненарушенные экосистемы стремятся к равновесию. Состояние равновесия основано на взаимодействии биотических и абиотических факторов среды.

Поддержание замкнутых круговоротов в естественных экосистемах возможно благодаря наличию редуцентов, которые используют все отходы и остатки, и постоянному поступлению солнечной энергии. В городских и искусственных экосистемах редуценты отсутствуют или их количество ничтожно мало, поэтому отходы (жидкие, твердые и газообразные) накапливаются, загрязняя окружающую среду. Для быстрейшего разложения и вторичного использования таких отходов создают условия для развития редуцентов, например, путем компостирования. Так человек учится у природы.

В отношении поступления энергии природные и антропо-генные (созданные человеком) экосистемы сходны. И природным, и искусственным (дома, города, системы транспорта) экосистемам требуется подвод энергии извне. Но естественные экосистемы получают энергию от практически вечного источника — Солнца, которое к тому же, “производя” энергию, не загрязняет окружающую среду. Человек, напротив, питает процессы производства и потребления в основном за счет конечных источников энергии — угля и нефти, которые наряду с энергией выделяют пыль, газы, тепловые и другие отходы, наносящие вред окружающей среде и не поддающиеся переработке внутри самой искусственной экосистемы. Не следует забывать, что потребление даже такой “чистой” энергии, как электрическая (если она произведена на тепловой электростанции), приводит к загрязнению воздуха и тепловому загрязнению среды.

Экологическое равновесие естественных экосистем

Экологическое равновесие — это состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность биотической части (растений, животных, грибов, бактерий, водорослей) в каждый кон-

44

кретный момент времени наиболее полно соответствует абиотическим условиям — почве и климату. Главная особенность экологического равновесия экосистемы — его подвижность. Различают два типа подвижности равновесия: обратимые изменения в экосистеме и экологические сукцессии.

Обратимые изменения в экосистеме — это изменения экосистемы в течение года от весны до весны при колебаниях климата в разные годы и изменении роли некоторых видов в связи с ритмами их жизненного цикла (массовое осеменение дуба один раз в четыре года, массовое развитие клевера на лугу, вспышки численности непарного шелкопряда в лесу или мышевидных грызунов в степи). При таких изменениях видовой состав экосистемы сохраняется, она лишь подстраивается к колебаниям внешних или внутренних факторов. В отдельные сезоны года некоторые компоненты экосистемы могут отсутствовать или впадать в состояние глубокого покоя (птицы, на холодный период года улетающие в теплые страны; медведь, спящий зиму в берлоге; непарный шелкопряд, зимующий в кладке; растения, переживающие неблагоприятный по климату год в стадии захороненных семян).

Экологические сукцессии — это последовательная смена экосистем при постепенном направленном изменении условий среды, например, при нарастании (или убывании) влажности или богатства почвы, при изменении климата и т.д. В этом случае экологическое равновесие как бы “скользит”: параллельно (или с некоторым отставанием) с изменениями условий среды изменяется состав живых организмов и продуктивность экосистемы, постепенно роль одних видов убывает, а других — увеличивается, разные виды выбывают из состава экосистемы или, наоборот, пополняют его. Сукцессии могут вызываться внутренними и внешними (по отношению к экосистеме) факторами, протекать очень быстро или тянуться столетиями. Если изменение среды будет резким (пожар, разлив большого количества нефти, проход колесной техники в тундре), то экологическое равновесие разрушится.

Изменение количества особей разных видов в экосистеме напоминает движение маятника, но амплитуда изменений обычно такова, что экологическое равновесие не нарушается.

Кроме постоянства (или постепенного изменения) видового состава, экологическое равновесие характеризуется еще двумя важными признаками.

Постоянство циклов питательных элементов. Углерод и азот, полностью усвоенные экосистемой из атмосферы, в результате деятельности редуцентов возвращаются в нее. Все элементы минерального питания (фосфор, калий, кальций и т.д.)

45

после разложения мертвого органического вещества возвращаются в почвенный раствор для повторного использования корнями растений. Если часть органического вещества переходит в детрит, то скорость его накопления соответствует скорости разложения редуцентами.

Полное рассеивание поступившей в экосистему энергии. Вся энергия, усвоенная экосистемой, после прохождения ее по цепям “продуцент — консумент — редуцент” рассеивается, т.е. “сжигается” организмами в процессе дыхания. Она рассеивается растениями (за счет расходов энергии на дыхание), животными (в результате в их организмах фиксируется не более 10% энергии пищи) и микроорганизмами, которые “дожигают” органические вещества, превращая их в минеральные соединения. Экосистема поддерживает равновесие за счет того, что в нее постоянно поступает новая солнечная (а если эта система хемо-автотрофная или гетеротрофная, то химически связанная) энергия.

Экологическое равновесие в экосистемах поддерживается сложными механизмами взаимоотношений между живыми организмами и условиями среды и между особями одного вида и особями разных видов друг с другом. Взаимоотношения между организмами одного трофического уровня называются горизонтальными, а взаимоотношения между организмами разных трофических уровней — вертикальными. Организмы одного трофического уровня (растения, животные-фитофаги, хищники, детритофаги) связаны в основном взаимоотношениями соревнования за потребление ресурсов, т.е. конкуренцией. Конкуренция возникает в том случае, если какого-то ресурса недостаточно. У животных, реже — у растений, может отмечаться взаимопомощь. Между организмами разных трофических уровней взаимоотношения более разнообразны. Основной тип взаимоотношений — хищничество, поедание организма низшего трофического уровня (растений — растительноядными, расти-тельноядных — хищниками первого порядка, хищников первого порядка — более крупными хищниками второго порядка). Широко распространены взаимоотношения симбиоза между растениями и опылителями, растениями и симбиотрофными грибами и бактериями, жвачными травоядными животными и микроорганизмами, которые живут в пищеварительном тракте, и т.д. Все эти взаимоотношения в естественной экосистеме направлены на поддержание ее экологического равновесия.

Экосистемы не всегда пребывают в состоянии устойчивого равновесия. Они могут претерпевать сукцессии, обусловленные внутренними или внешними факторами. Под влиянием внутренних факторов сообщество меняется от менее продуктивного

46

к более продуктивному. Так, замшелые скалы зарастают травами, кустарниками и деревьями, водоемы — высоким тростником, осоками, а затем и лесом.

Если из-за появления новых внешних факторов (выпас, загрязнение, засоление почв, удобрение) экосистема перестает соответствовать условиям среды, то в ней начинают происходить изменения до тех пор, пока она не придет в устойчивое равновесие с условиями среды. Если действие этих внешних факторов прекращается, то экосистема может вернуться в прежнее (или аналогичное прежнему) состояние.

Сложные механизмы поддержания равновесия и изменения экосистем в ходе сукцессии делают экосистему и входящие в ее состав организмы тонкими индикаторами экологических условий.

Таким образом, в целом экосистема обладает свойством саморегуляции: автоматически устанавливать и поддерживать на определенном, относительно постоянном уровне показатели численности, рождаемости и смертности образующих ее популяций. Все типы экологических пищевых взаимодействий создают условия для преобразования живого вещества, включая его в кругооборот, оказывают влияние на численность видов, способствуя ее регуляции.

Итогом сложных взаимодействий организмов в экосистеме является ее видовой состав, т.е. биологическое разнообразие (число видов растений, животных, грибов, бактерий и пр.). Охрана биологического разнообразия — крайне трудная, но очень важная задача человечества.

Воздействие антропогенных факторов на биосферу. Современный период развития мировой экономики связан с интенсификацией производства, увеличением объемов используемых природных ресурсов и поступлением во все возрастающих масштабах вредных веществ в биосферу. Научно-техническая революция обостряет проблемы природопользования.

В процессе своей деятельности человек по-разному влияет на составные части биосферы. Причины или факторы такого влияния называют антропогенными (от греч. anthropos — человек), они приводят к истощению природных ресурсов, загрязнению природной среды и образованию искусственных ландшафтов.

Рассмотрим некоторые из них, имеющие земной глобальный характер.

Средняя температура на поверхности Земли за 100 лет увеличилась на 0,5—0,6°С, зимняя — еще больше из-за ежегодных поступлений в атмосферу углекислого газа (0,4%), метана (1 %),

47

Рис. 2.4. Связь между атмосферным загрязнением и круговоротом веществ

оксида азота (0,2%), затрудняющих отдачу тепла с поверхности (парниковый эффект). Источниками таких газов служат сжигание природного топлива и антропогенное нарушение работы микробных сообществ в почвах Сибири и Северной Америки. При неизменной современной антропогенной нагрузке температура тем не менее будет подниматься на 0,5°С каждые 10 лет.

За последнее десятилетие накопилось около 20 млн. т пылевых частиц, 600 тыс. т меди, 4,5 млн. т свинца, 3 млн. т цинка.

Ведомственный монополизм в развитии промышленности, пренебрежение реальными потребностями общества и затрат-ный механизм привели к сырьевой специализации экспорта в России. За последние годы, разбазаривая невосполнимые при-

48

родные ресурсы, ведомства организовали экспорт на 80% из сырья и топлива. Для сравнения развивающиеся страны Африки экспортируют 90% добываемого сырья, а страны Латинской Америки — около 50%.

В сложившихся условиях России грозит экологический колониализм, который будет проявляться в вывозе по дешевым ценам минерального и лесного сырья, топлива, эксплуатации земельных ресурсов, выносе в развивающиеся страны “грязных” отраслей, экспорте экологически опасных технологий и товаров, захоронении токсичных химических и радиоактивных отходов. Эта опасность возросла с развитием предпринимательской деятельности.

Антропогенная растительность — сообщество растений, возникающее в результате деятельности человека: посевы, посадка деревьев, выпас скота, осушение болот и др. Связь между атмосферным загрязнением и кругооборотом веществ показана на рис. 2.4.

2.5. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ

Круговорот веществ — многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в биосферу планеты, при непрерывном притоке энергии.

Несмотря на то, что всем хорошо известно о существовании круговорота веществ в природе, позволим себе напомнить о некоторых аспектах этого явления в биосфере в современных условиях глобального загрязнения окружающей среды, общепланетарного потепления климата и надвигающегося экологического кризиса.

Жизнь на Земле с самого начала стала возможной благодаря притоку космической энергии, прежде всего энергии Солнца. Наиболее общий механизм ее фиксации, накопления и перераспределения связан с жизнедеятельностью растительных фото-синтезирующих организмов и их взаимодействием с животными, микроорганизмами и неживой природой. Они неутомимо аккумулируют энергию в органических соединениях, из которых складывается биомасса живого вещества суши и Мирового океана, в гумусе почв и торфяных отложениях, во взвешенном и донном органическом веществе рек, озер, океана. Наконец, ископаемые ресурсы энергии все того же биогенно-косми-ческого происхождения, но образовавшиеся в далеком геологическом прошлом, заключены в нефти, горючих газах и сланцах, в битумах и каменных углях. И все эти фантастические массы энергии постоянно перемещаются, что предопределено различными мировыми экологическими системами.

49

В первую экологическую систему входят растения, животные и почвенный покров. В ее пределах формируется биомасса, связываются и перераспределяются солнечная энергия, влага, углерод атмосферы, кислород, водород, азот, фосфор, сера, кальций, калий и другие “строители жизни”, выделяется в атмосферу свободный кислород.

Вторую мировую экологическую систему образуют в совокупности с океаном высшие и низшие водные растения. Они также связывают солнечную энергию, углерод, азот, фосфор и другие биофилы, образуя растительную биомассу и освобождая кислород, поступающий в атмосферу. При этом растительные организмы и пищевые цепи связанных с ними животных и бактерий вовлекают в свои ткани многие элементы (водород, кислород, азот, фосфор, сера, кальций, калий, магний, кремний, алюминий, марганец) и микроэлементы (йод, кобальт, медь, цинк), одновременно отделяя легкие изотопы углерода, водорода, кислорода, азота и серы от более тяжелых форм.

Организмы суши, водной и воздушной среды, непрерывно (прижизненно и посмертно) обмениваясь со своим окружением, воспринимают и отдают широкий разнообразный спектр минеральных и органических соединений в виде газов, растворов и твердых тел.

Нагревание водных масс, образование и конденсация паров, выпадение атмосферных осадков и движение поверхностных и подземных вод (по уклону — от областей питания к областям испарения) — все это является второй важной формой накопления, удержания и перераспределения космической энергии Солнца на планете и в ее биосфере.

Третью экологическую систему образуют в совокупности эрозия, химические трансформации, транспорт, перераспределение, осаждение и накопление химических и механических осадков на суше и в океане — все это звенья единой цепи передачи и превращения энергии и работы, выполняемой мировым и локальными круговоротами воды. Неравномерное нагревание воздуха и воды вызывает планетарные перемещения водных и воздушных масс, формирует перепады плотности и давления, океанические течения и грандиозные процессы атмосферной циркуляции, которые носят сезонный характер.

В реальной жизни Земли эти три планетарных процесса тесно переплетаются, образуя общеземной и локальные круговороты веществ, направляя и перераспределяя энергию, поступающую от Солнца.

С момента зарождения жизни за 2,5—3 млрд. лет ее истории земная кора, атмосфера и гидросфера были глубоко биологизи-рованы. На планете оформилась биосфера, построенная бес-

50

численными и разнообразными мозаиками биогеоценозов (совокупность растений и животных на определенном геологическом участке Земли) и экосистем. Почвенный покров и биоце-нозы суши тесно связаны с атмосферой и находятся в постоянном и закономерном взаимообмене с ней веществами в твердых, жидких и газообразных формах. Мировой океан и атмосферная оболочка, в свою очередь, связаны потоками энергии, газов, аэрозолей, выпадением и испарением влаги.

Наконец, экосистемы суши и Мирового океана связаны между собой через бесчисленные водные стоки и воздушную миграцию. Их обеспечивают образование, перенос и выпадение атмосферных осадков, аэросуспензий и аэрозолей, а также обмен массами живого и мертвого материала. Имеются в виду питание и миграция птиц, а также водных и сухопутных животных, приливы и отливы, подъемы и опускания суши.

Круговорот веществ и энергии в природе складывается из нескольких взаимосвязанных процессов:

• регулярно повторяющегося или непрерывного притока энергии, а также образования и синтеза новых соединений;

• постоянного или периодического переноса и перераспределения энергии, выноса и направленного перемещения синтезированных соединений под влиянием физических, химических и биологических агентов;

• направленного ритмического или периодического последовательного преобразования, разложения и деструкции (разрушение) синтезированных ранее соединений под влиянием биогенных или абиогенных воздействий среды;

• постоянного или периодического образования простейших минеральных и органо-минеральных компонентов в газообразном, жидком или твердом состоянии, которые играют роль составных компонентов для новых — очередных — синтетических циклов круговорота веществ.

Биологические циклы обусловлены жизнедеятельностью организмов в самом широком смысле: питанием, пищевыми связями, размножением, ростом, передвижением, выделением метаболитов, смертью, разложением, минерализацией. Разумеется, абиогенные циклы сложились намного раньше биологических; они включают в себя весь комплекс геологических, геохимических, гидрологических и атмосферных процессов.

На протяжении нескольких сотен миллионов лет круговорот веществ в природе направлялся совместным действием биологических, геохимических и геофизических факторов. В последние 50—100 лет многосторонняя хозяйственная деятельность человека возвысила роль антропогенных факторов до уровня биогеохимических воздействий, а в некоторых звеньях,

51

причем не только локально или регионально, но и глобально, приобрела главное значение. В результате антропогенные факторы стали нарушать и изменять прежде нормальные биогеохимические циклы.

Установившиеся в процессе эволюции “здоровые” биогеохимические циклы носят круговой, почти замкнутый характер. Благодаря этому поддерживается постоянство и динамическое равновесие состава, количества и концентрации вовлеченных в круговорот компонентов, а также генетическая и физиологическая приспособленность, “гармоничность” организмов и окружающей биосферы. Однако гармоничность и равновесие могут сдвигаться в ту или иную сторону, в результате чего в атмосфере накапливаются азот и кислород, а в земной коре — соединения углерода (нефть, известняк, уголь). По той же причине постепенно уменьшается содержание углекислого газа в воздухе, а в океан и пустыни выносятся легкорастворимые соли.

Состояние биосферы характеризуется величиной биомассы, количеством углерода и связанной в биомассе (на поверхности и в почве) энергии, годичным приростом и количеством минеральных веществ, вовлеченных в состав биомассы.

В настоящее время показатели естественных процессов в биосфере соизмеримы с количественными показателями хозяйственной деятельности (данные В. А. Ковды).

Показатели естественных процессов

10И01 -10"

..3-Ю9 ,.(1—6).1011

Биомасса суши, т ................................

Продукты фотосинтеза на суше, т/год Масса веществ в речных стоках, т/год:

растворенных ...................................

взвешенных ......................................

Показатели хозяйственной деятельности

3.10°

0,25-Ю9

20-Ю9

,9

Вносимые удобрения, т/год ........................................

Пыль индустриальная, т/год .......................................

Мусор и отходы, т/год ............................................ ....

Добытые полезные ископаемые, т/год ............................5-Ю

Индустриальные и городские сбросные воды, \l5/гoд......< 55-10""

Газовые выбросы, м^год ....................................... ..........< 109

Все эти величины подсчитаны весьма приближенно, так как работа по оценке размеров биомассы и ее состава весьма сложна и трудоемка, но она необходима для ответа на важный вопрос: уменьшается или увеличивается биомасса и в каких частях планеты в связи с существованием современного человеческого общества.

52

Приведенные характеристики отражают жизнедеятельность растений, животных и микроорганизмов, непрерывный прижизненный и посмертный обмен составляющих их веществ со средой, а также перераспределение и рассеивание энергии, предварительно связанной процессами фотосинтеза, что и является основным содержанием круговорота веществ в биосфере.

В качестве примера круговорота веществ в атмосфере рассмотрим круговорот важнейших элементов, играющих значительную роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете, — кислорода, углекислого газа (диоксида углерода) и азота [17].

Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов и под действием ультрафиолетовых лучей превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы.

Современная атмосфера содержит примерно двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, органических веществах и оксидах железа; часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство ученых связывают это с деятельностью человека.

Круговорот кислорода в биосфере (рис. 2.5) необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, от соединения которого с кислородом образуется вода.

Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений и животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе (рис. 2.6). Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.

Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с

53

Рис. 2.5. Круговорот кислорода в биосфере

начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Ученые связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.

Азот — незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера — неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время грозы. Однако основная часть азота поступает в воду и почву в результате его биологической фиксации.

54

wr

Рис. 2.6. Круговорот углерода в биосфере

55

Существует несколько видов бактерий и сине-зеленых водорослей (к счастью, весьма многочисленных), которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.

Круговорот азота (рис. 2.7) тесно связан с круговоротом углерода. Несмотря на то, что круговорот азота сложнее, чем круговорот углерода, он, как правило, происходит быстрее.

Другие составные части воздуха не участвуют в биохимических циклах, но наличие большого количества загрязнителей в атмосфере может привести к серьезным нарушениям этих циклов.

“Вклад” различных элементов в оборот неравномерен. Доказано, что главными составными элементами живого вещества являются кислород (65—70%) и водород (10%). Остальные элементы представлены углеродом, азотом, кальцием (от 1 до 10%), серой, фосфором, калием, кремнием (от 0,1 до 1%), железом, натрием, хлором, алюминием и магнием (от 0,1 до 1%).Вмешательство человека в окружающую природную среду

Рис. 2.7. Биогеохимический цикл азота 56

за последние несколько десятилетий существенно изменило процентное соотношение элементов, причем важнейшее и наиболее массовое нарушение нормального биогеохимического круговорота веществ в биосфере связано с уничтожением лесов и заменой их травяным покровом, распашкой прерий, пампасов, степей, орошением пустынь и возделыванием на их месте культурных растений с отчуждением урожая и продуктов животноводства. И хотя удобрения включают в круговорот от 100 до 300 кг азота, фосфора и калия на 1 га, с урожаями из него уходит до 400—600 кг зольных веществ и азота с каждого гектара.

Для понимания глубинных процессов в биосфере чрезвычайно важна индивидуальная значимость того или иного химического элемента. Биомасса растений значительно более земной коры обогащена углеродом, водородом, азотом и кислородом, а биомасса животных, кроме того, — фосфором и серой. Из других элементов наиболее широко представлены кальций, калий, кремний, а из микроэлементов — стронций, бор, цинк, молибден, медь и никель.

Именно они являются главными участниками биогеохимического круговорота веществ, так как основные строители жизни — биофилы. Вообще же в состав живого в различных пропорциях вовлечены все элементы Периодической таблицы Д. И. Менделеева.

Столь же интересна и средняя продолжительность общего цикла обмена углерода, азота и воды, вовлеченных в биологический круговорот. Для суши в целом этот цикл укладывается в период продолжительностью от 300 до 1000 лет. Примерно с такой средней скоростью происходит освобождение минеральных соединений, связанных в биомассе, а также освобождение и минерализация веществ гумуса почвы.

Установлено, что одни элементы наиболее прочно удерживаются в живом веществе и почве (азот, фосфор, калий и кальций), а другие интенсивно выщелачиваются и выносятся в реки и моря (хлор, магний, сера). В зависимости от климатических условий, растительного покрова и естественного дренажа местности эта характеристика меняется. К группе активных “путешественников” следует отнести бор, бром, серу, фтор, хлор, а к “ленивцам” — калий, кремний, медь, никель, фосфор и особенно алюминий и железо. Чтобы избежать опасности нарушения природных биологических круговоротов, хозяйственную деятельность человека необходимо планировать с учетом цикличности природных процессов. Особенно тщательно их следует учитывать в земледелии, пастбищном животноводстве, водоснабжении и навигации. Нельзя забывать, что чуткость почвы к вмешательству человека огромна. Распашка, внесение мине-

57

ральных удобрений, загрязнение нефтью и тяжелыми металлами весьма обедняют ее фауну. В результате нарушаются и даже полностью выпадают звенья нормальных пищевых цепей и биогеохимических циклов.

Определяющую роль в истории формирования фитосферы сыграли биогеоценозы лесных и травянистых ландшафтов. Они и поныне остаются основным механизмом удержания космической энергии и образования фитомассы, включающей огромные количества углерода, воды и распространенных биофилов. Часть фитомассы используется животными, опадает с растений, минерализуется, поступает в почву и воды суши. Но с помощью фитосинтеза примерно такое же количество “строителей жизни” возвращается в живую фитомассу.

Благодаря непрестанному функционированию системы “атмосфера — почва — растения — животные — микроорганизмы” сложился биогеохимический круговорот многих химических элементов и их соединений, охватывающий сушу, атмосферу и внутриконтинентальные воды. Его суммарные характеристики сопоставимы с суммарным речным стоком суши или суммарным поступлением веществ из верхней мантии в биосферу планеты. Именно поэтому живое вещество планеты уже многие миллионы лет назад само стало фактором геологического значения.

В то же время биогеохимический цикл химических элементов тесно связан с жизнедеятельностью растительности, внутрипоч-венной микрофлоры и фауны. В сущности, это единый сложный множественный цикл, включенный в сезонные и вековые циклы климата, тектоники, рельефа, гидрологических процессов.

Так, общепланетарный годичный цикл кислорода, охватывающий до (70—80)-109 т, включает экосистемы суши и океана. Полный обмен всего кислорода атмосферы протекает примерно за 3000 лет. Время же, необходимое для разложения массы воды, равной по объему океану, с помощью фотосинтеза исчисляется уже 5—6 млрд. лет. Такие же соотношения характеризуют общепланетарные циклы углерода, азота, фосфора. Общепланетарные климатические и геохимические циклы, охватывающие всю атмосферу, весь океан, толщи донных осадков и кору выветривания, протекают крайне медленно, в течение сотен тысяч и миллионов лет. Поэтому грандиозные по размерам и протекающие в крайне короткие сроки — десятки лет — изменения и нарушения, связанные с вмешательством человека, перекрывают установившиеся скорости обменов и ведут к тяжелым отрицательным последствиям (разрушение озонового слоя, увеличение парникового эффекта, потепление климата, снижение плодородия почв и т.д.).

58

Наибольшие изменения от хозяйственной деятельности человека претерпели почвенный покров, растительность и водоемы суши, а также приустьевые зоны морей. Особенно сильно нарушило нормальный общепланетарный круговорот веществ и его звеньев земледелие с его современной техникой. Под города, поселки, шахты, предприятия и транспортные магистрали были заняты сотни миллионов гектаров суши различных экосистем, что полностью исключило из биосферы главные звенья биогеохимического круговорота элементов — почву и растения. Сокращение площадей, эрозия, засоление и опустынивание почв на один-два порядка — все это снизило их продуктивность и биомассу. Хотя подобные изменения и локальны, но они необратимы, а ввиду их многочисленности приобретают региональное и общемировое значение.

Казалось бы, все это должно было снизить интенсивность фотосинтеза, однако на планете в целом этого не произошло. Высокопродуктивное земледелие на месте малопродуктивных лесов и болот прошлого, а также орошаемое земледелие засушливых областей, хотя и частично, но возмещает в мировом биогеохимическом круговороте потери, вызванные отчуждением и разрушением почв малопродуктивных лесов, степей и пустынь.

Извечная продолжительность и направленность притока энергии сложившихся общепланетарных и региональных биогеохимических циклов создает закономерную географическую картину климата планеты и распределения на суше типов коры выветривания и почв, грунтовых и речных вод различного химического состава, флоры и фауны. Так создается устойчивый биогеохимический фон местности. Его можно разделить на гео-и биогеохимические провинции, благоприятные или неблагоприятные для человека.

В качестве критерия такой оценки можно использовать содержание (избыток или недостаток) важнейших биофильных элементов. На нормальном биогеохимическом фоне образуются естественные геохимические аномалии. Нередко с геохимическим фоном или аномалиями связаны эндемические болезни, низкая продуктивность почв, плохое качество воды. Поэтому, в частности, так важно знать эти зоны и наносить их на карты.

2.6. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ “ЗАКОНЫ” Б. КОММОНЕРА

В начале 70-х гг. американский эколог Б. Коммонер сформулировал четыре положения, раскрывающие суть системы рационального природопользования [12]. Эти положения стали

59

называть “законами”, хотя правильнее было бы назвать их “экологическими поговорками” — ведь любая поговорка отражает опыт предшествовавших поколений. Суть этих положений состоит в следующем (табл. 2.2).

1. Все связано со всем. Это положение об экосистемах и биосфере.

2. За все надо платить. Это всеобщий “закон” рационального природопользования. Платить нужно энергией за дополнительную очистку отходов, удобрением — за повышение урожая, санаториями и лекарствами — за ухудшение здоровья человека.

3. Все надо куда-то девать. Это положение о хозяйственной деятельности человека, отходы от которой неизбежны, и потому нужно думать и об уменьшении их количества и о последующем захоронении этих отходов.

4. Природа знает лучше. Это самое важное положение природопользования, которое означает, что нельзя пытаться покорять природу, а нужно сотрудничать с ней, используя биологические механизмы для очистки стоков и повышения урожая культурных растений. При этом нельзя забывать о том, что сам человек является биологическим видом, частью природы, а не ее властелином.

В табл. 2.2 показано, как нужно учитывать “законы” Б. Коммо-нера при использовании человеком различных экосистем.

Действие экологических “законов” Б. Коммонера можно проследить на примере любой отрасли народного хозяйства, влияющей на загрязнение окружающей среды.

Например, самая загрязняющая отрасль окружающей среды — горно-металлургическая — оказывает прямое и косвенное воздействие на биосферу. Прямое влияние состоит в использовании значительной площади земель для сооружения карьеров и подземных рудников, строительства обогатительных фабрик и металлургических заводов, а также под отвалы вскрышных пород, хвостохранилища, шлакоотвалы и т.д. При этом отторгаются и гибнут значительные сельскохозяйственные угодья. Косвенное влияние распространяется на значительно большие расстояния и проявляется в осаждениях газов, пыли и химических веществ, деформации поверхности, повреждении растительного покрова, снижении продуктивности сельскохозяйственных угодий, животноводства и рыбного хозяйства, изменении химического состава и динамики движения поверхностных и грунтовых вод. Все это оказывает влияние не только на природную систему, но и на социально-гигиеническую обстановку, связанную с жизнью человеческого общества в соответствии с четырьмя законами Б. Коммонера.

Таблица 2.2

“Законы” Б. Коммонера и использование человеком различных экосистем“Закон” Биосфера Естественные экосистемы Агроэкосистемы Городские экосистемы

Все свя Биосфера — наш об Экосистема находится в Численность поголовья Города — это экосисте

зано со щий дом. Экологиче состоянии экологического скота зависит от площа мы, в которых нередко

всем ского счастья в одной равновесия. Его может ди пашни, пастбищ и бывает нарушено эколо

стране быть не мо разрушить уничтожение лесов. При их правиль гическое равновесие.

жет. С загрязнением вида или вселение нового ном соотношении не Нужно сделать так, что

океана, парниковым вида. Осушение болот вы разрушаются травостои, бы их влияние на окру

эффектом и озоно зывает обмеление рек. сыт скот, а его навоз жающие естественные и

выми дырами должно Выпас в горных лесах раз поддерживает плодоро сельскохозяйственные

бороться все мировое рушает почвы, уменьшает дие почв пашни. Лес экосистемы было мини

сообщество впитывание дождевых и защищает пашню от мальным, чтобы в атмо

снеговых вод. В результа засухи, а обитающие в сферу и реки поступало

те высыхают родники нем птицы, культурные как можно меньше за

растения — от вредителей грязняющих веществ

За все Международное со Необходимо нести расхо Необходимо нести рас Чтобы обеспечить защи

надо общество финанси ды на содержание специ ходы на создание усло ту окружающих город

платить рует научные проек альных служб, контроли вий для выращивания экосистем, необходимо

ты, позволяющие рующих рациональное культурных растений и вкладывать большие

сохранять биологи использование природных содержания скота, а средства в разработку и

ческое разнообразие ресурсов, на восстановле также охрану ресурсов внедрение малоотходных

и климат. Богатые ние естественных экоси агроэкосистемы — почв, технологий и строитель

страны помогают стем, нарушенных непра естественных кормовых ство надежных очистных

бедным улучшать вильным использованием, угодий, лесов, водоемов сооружений

экологическую си и на создание особо охра

туацию няемых территорий

“Закон”

Биосфера

Все на- Международное со-до куда- общество приняло то де- специальные законы вать о запрете на вывоз

ядовитых и радиоактивных отходов и их захоронение в бедных странах. Мировой океан — также не место для отходов. Каждая страна должна производить захоронение отходов на собственной территории

— не место для создания свалок отходов, хотя некоторое количество загрязнителей эти экосистемы способны обеззараживать без нарушения экологического равновесия, например, высокой самоочищающей способностью обладают водные экоси-

Природа Человек должен сознает хранить естествен-лучше ные регуляторные механизмы сохранения экологического равновесия биосферы, не пытаясь быть умнее природы и создавать искусственную сферу разума — ноосферу

Нужно изымать из экосистемы столько биологических ресурсов,сколько она сама может восстановить за счет механизмов поддержания экологического равновесия (это относится к заготовке древесины, охоте, рыбной ловле, сбору лекарственного сырья, использованию пастбищ)

Агроэкосистемы

Городские экосистемы

При экологически организованном сельскохозяйственном производстве в агроэкосистеме нет отходов: навоз животноводческих ферм поступает на поля, а отходы растениеводства служат кормом животным. Удобрения и пестициды используются так, что их остатки не накапливаются в почве и не загрязняют грунтовые воды или водоемы

Поскольку полностью безотходных производств не бывает, необходимы надежные захоронения ядовитых и радиоактивных отходов в геологически устойчивых формациях

Нужно учиться у природы выращивать те растения, для которых наиболее благоприятны почва и климат, выращивать совместно несколько сортов или видов культурных растений, поддерживать высокое разнообразие видов “врагов наших врагов”

Для улучшения экологической ситуации в городе нужно использовать растения: создавать зеленые зоны вокруг,а парки, скверы, газоны — внутри городов

Воздействие горно-металлургического производства по сравнению с другими отраслями характеризуется комплексностью и более сильным воздействием сразу на все элементы биосферы: воздушный бассейн, водный бассейн, земную поверхность, флору, фауну и недра (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Классификация типов воздействия горно-металлургического производства на биосферу

Тип воздействия и элементы биосферы

Характер воздействия

Результаты воздействия

Аэродинамическое воздействие

Воздушный бассейн

Организованные и неорганизованные выбросы в атмосферу газов и пылей (горное производство — обогащение — металлургия)

Изменение динамических характеристик воздушных потоков, создание новых микроклиматических условий на прилегающей поверхности. Загрязнение атмосферы в виде запыленности и загазованности

Гидрогеологическое воздействие

Водный бассейн:

поверхностные воды

подземные воды

Дренаж выработок, движение поверхностных водоемов, сброс дренажных и сточных вод, водозабор для нужд обогатительных фабрик, металлургических заводов и др. (хвостохра-нилища, водоотстойники и т.д.)

Изменение движения. Осушение месторождения, сброс сточных и дренажных вод

Сокращение запасов поверхностных вод. Изменение динамики поверхностных вод, осушение, заболачивание земель. Загрязнение водного бассейна. Ухудшение качества воды из-за изменений гидрохимических и биологических режимов

Сокращение запасов подземных и грунтовых вод. Нарушение гидрогеологического и гидрологического режимов водного бассейна

Геомеханическое воздействие

Земля, почвы

Проведение горных выработок, строительство отвалов пород, шлаков, шламов, различных хранилищ. Строительство промышленных и гражданских зданий и сооружений, дорог и коммуникаций

Изъятие земель из сельскохозяйственного пользования. Деформация земной поверхности, нарушение почвенного покрова, ухудшение качества почв. Изменение ландшафта. Осаждение пыли и химических соединений, эрозия почв

63

Продолжение

Тип воздействия и элементы биосферы

Характер воздействия Результаты воздействия

Недра

Извлечение полезных ископаемых, вмещающих и вскрышных пород. Осушение месторождения, обводнение участков месторождения. Захоронение вредных веществ и отходов производств. Сброс сточных вод

Изменение напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Снижение качества полезных ископаемых и промышленной ценности месторождения. Загрязнение недр, развитие карстовых процессов. Потери полезных ископаемых

Биоморфологическое воздействие

Строительство зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения. Выбросы в атмосферу и почву вредных веществ, газов, пыли (добыча руды — обогащение— металлургия)

Ухудшение условий обитания лесной, степной, водной флоры и фауны. Миграция и сокращение численности диких животных. Вьфубка лесов. Угнетение и сокращение видов дикорастущих растений. Снижение урожайности сельскохозяйственных культур, продуктивности животноводства, рыбного и лесного хозяйства

2.7. ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ И ЗНАЧЕНИЕ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Экологическая ситуация, в которой приходится функционировать современной экономике, вызывает необходимость комплексного рассмотрения хозяйственных проблем под утлом зрения требований окружающей среды и, наоборот, окружающей среды под углом зрения требований экономического развития. Это задача целого комплекса естественных и общественных наук.

Социальная значимость проблемы делает очевидной роль общественных наук. Проблема охраны природы тесно связана с политикой, идеологией, экономикой и социальной сферой, что вызывает необходимость рассмотрения данной проблемы в различных аспектах: социально-политическом, правовом, социально-гигиеническом, технико-технологическом и эколого-эконо-мическом. Кратко охарактеризуем вопросы, относящиеся к отмеченным выше направлениям проблемы охраны окружающей природной среды.

64

Социально-политический аспект связан с решением проблемы охраны природы в масштабах всего человечества при наличии разных социальных систем. Возникновение социально-политической проблемы создания и внедрения в глобальном масштабе природоохранных мер по предотвращению истощения ресурсов и загрязнения среды обусловлено объективными факторами.

Во-первых, в связи с неделимостью биосферы загрязнение природной среды невозможно удержать в территориальных границах страны, в которой это происходит.

Во-вторых, каким бы мощным экономическим и научно-техническим потенциалом ни обладала отдельная страна, она не может полностью решить такую сложную и многогранную проблему, поэтому потребовалось принятие необходимых мер не только на национальном, но и на международном уровне. Международные научно-технические связи начали устанавливаться как на многосторонней, так и на двусторонней основе. Россия, например, в рамках бывш. СССР сотрудничает со странами ближнего зарубежья, разрабатывая научную проблему “Гигиенические аспекты охраны окружающей среды”. В число проблем, разрабатываемых странами СНГ, входит “Охрана недр и рациональное использование природных ресурсов, связанных с охраной и улучшением окружающей среды”. Россия сотрудничает также с рядом ведущих капиталистических стран (Великобритания, Франция, Швеция, США). Она активно участвует в осуществлении программы ООН по окружающей среде.

Правовой аспект охраны окружающей среды можно сформулировать как установленную законом систему мер, направленных на охрану окружающей среды и рациональное использование, восстановление и умножение природных богатств. Устанавливая такую систему мер, закон регулирует общественные отношения в области охраны природы, в результате чего возникает совокупность природоохранных правоотношений.

Правовая основа охраны природы в России базируется на ряде принципов, среди которых можно выделить наиболее важные: природные ресурсы составляют государственную собственность и предоставляются только в пользование; охране подлежат все объекты природы — как вовлеченные в хозяйственный оборот, так и неэксплуатируемые; рациональное использование природных ресурсов; контроль за рациональным использованием природных ресурсов и охраной природы; ответственность за несоблюдение законодательства об охране природы и др.

Социально-гигиенический аспект охраны окружающей природной среды в нашей стране отражает принцип приоритета

3—3497 65

в охране здоровья и сохранения благоприятных гигиенических условий жизни населения. Для осуществления мероприятий по оздоровлению окружающей среды требуется разработка количественных санитарно-гигиенических показателей состояния качества окружающей среды, критерию безвредности, обеспечивающих оптимальные условия жизнедеятельности человека. Социально-гигиенические исследования должны быть направлены на то, чтобы темпы изменения окружающей среды не опережали скорость приспособительных адаптационных возможностей живых организмов. Следовательно, учет биологической нормы адаптационных возможностей организма — важный принцип в области изучения взаимодействия организма с окружающей средой.

Другим важным моментом данного аспекта является социально-гигиенический прогноз будущего состояния преобразованной окружающей среды с целью сохранения здоровья населения. Подобные прогнозы должны не только определять научно-техническое развитие, но и предсказывать наиболее оптимальные варианты путей развития научно-технического прогресса.

Технико-технологический аспект охраны природы предполагает организацию производства по принципу безотходности.

Современная технико-технологическая база промышленности не позволяет осуществлять глубокую очистку воды и воздуха, используемых предприятиями, ввиду исключительной дороговизны этого мероприятия. Разработка новых технологических процессов, на основе которых может быть создано безотходное производство, обеспечит не только высокие технико-экономические показатели, но и комплексное использование природных ресурсов. Однако по техническим и экономическим причинам переход к безотходной технологии сразу осуществить невозможно. Реальный путь экологизации технологии — это постепенный переход сначала к малоотходным, а затем — к безотходным замкнутым циклам. Тем самым могут быть достигнуты рациональное природопользование и охрана окружающей среды.

Эколого-экономический аспект охраны природы стал формироваться относительно недавно. Возникновение и развитие этого аспекта обусловлены бурным ростом производства и научно-технической революцией. Первоначально охрана природы развивалась в основном как биологическая область знания, преследующая цель “охранять живую природу”. В период научно-технической революции, когда масштабы преобразовательной деятельности людей неизмеримо возросли, изменения природного равновесия стали существенно отражаться на развитии народного хозяйства (вследствие недостаточного учета

66

экологического фактора), и проблема охраны природы приобрела также большое экономическое значение.

Современные темпы экономического развития обострили проблему ограниченности природных ресурсов, в связи с чем возникла необходимость учета экологических требований к экономике. Следует подчеркнуть, что само экономическое развитие внутренне противоречиво: с одной стороны, оно порождает ряд острых экологических проблем, а с другой — в самом экономическом развитии заложена основа для устранения этих противоречий. Раскрыть природу этих противоречий — значит понять связь двух систем: общественного производства и окружающей среды. При этом необходимо помнить, что в системе “экономика — окружающая среда” не может быть отдано предпочтение ни первому, ни второму компоненту. Необходимо обеспечить такое взаимодействие, при котором высокие темпы расширенного воспроизводства, экономического роста и повышения народного благосостояния сочетались бы не только с сохранением, но и непрерывным улучшением и развитием как отдельных компонентов, так и всей окружающей среды.

До последних лет человеческая культура, по мнению Н. Винера, в основном развивалась под девизом “как делать”. Человечество считало, что его миссия на Земле состоит в основном в покорении природы и сводится лишь к цепи непрерывных побед над ней. В некоторой степени это подтверждает широко известное выражение И. В. Мичурина: “Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее наша задача”.

Между тем, И. В. Мичурин был выдающимся селекционером, известным во всем мире. Он вывел свыше 300 сортов пло-дово-ягодных культур и положил начало продвижению на Север многих южных культур. С помощью селекции он дал ответ на вопрос: “Как делать?”, чтобы повысить урожайность на благо человека без разрушения природы и загрязнения окружающей среды.

В современных условиях, очевидно, нельзя считать покорением природы проведение атомных и водородных взрывов, повороты рек вспять, перегораживание рек плотинами и затопление огромных площадей пахотных земель и лесов, осушение болот, использование невозобновляемых и возобновляемых природных ресурсов, уничтожение животного мира и т.д. Эти победы, на наш взгляд, являются преступлением перед природой.

Необходимо помнить предупреждение Ф. Энгельса, что не следует обольщаться победами над природой, ибо за каждую такую победу природа мстит человеку, что каждая из этих побед имеет, помимо тех первоочередных последствий, на кото-

67

рые человек рассчитывает, также и “совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают значение первых”.

Однако наступило время ответить на другой вопрос: “Что делать?”, имея в виду, по выражению Н. Винера, “не только то, каким образом достичь наших целей, но и каковы должны быть наши цели”.

Ответ на этот основной вопрос необычайно затруднен из-за отдаленности последствий воздействия человека на природу, поскольку каждое ощутимое изменение хотя бы одного из природных компонентов, в силу существующих между ними взаимосвязей, приводит к нарушению естественного экологического равновесия, к перестройке сложившейся структуры природ-но-территориальных комплексов.

Необходимо углубить изучение природной среды как ресур-совоспроизводящей системы и путей повышения ее продуктивности на основе закономерностей функционирования природных экосистем, а также раскрыть механизмы устойчивости и самовосстановления природных комплексов. Иначе говоря, человеку необходимо научиться предвидеть будущее и выработать стратегию проектирования и создания нужной ему при-родно-технической среды.

Академик А. В. Сидоренко, формулируя задачи, стоящие перед наукой в области охраны окружающей природной среды, писал: “Некоторые "охранители природы" выступают за сохранение природы в девственном состоянии, за то, чтобы оставить неприкосновенной природу в условиях непрерывно развивающейся созидательной деятельности человека. На самом же деле необходимо найти такие методы ведения хозяйства, которые учитывали бы природные равновесия в сторону либо минимальных вредных последствий, либо приводили бы к улучшению природного потенциала”.

Развивая высказанную мысль, можно сформулировать сущность понятия “охрана окружающей среды”. Это система мер, направленная на поддержание рационального взаимодействия между деятельностью человека и окружающей природной средой, обеспечивающая сохранение и восстановление природных богатств, рациональное использование природных ресурсов, предупреждающая прямое и косвенное вредное влияние результатов деятельности общества на природу и здоровье человека.

Проблемы охраны окружающей среды и использования природных ресурсов состоят из комплекса государственных, международных и общественных мероприятий, реализация которых находится в прямой зависимости от социально-экономического строя различных государств и их технических возможностей.

68

Сегодня основной стратегической линией в научной и хозяйственной деятельности людей должна стать формула: понять, чтобы предвидеть; предвидеть, чтобы рационально использовать.

В перспективе ожидается не ослабление, а усиление антро-погенного давления на природу, увеличение влияния человека на окружающую среду. Но мы надеемся, что негативные результаты антропогенных воздействий, которые обедняют природу и наносят ей ущерб, будут все больше заменяться сознательными и рациональными действиями, направленными на ее улучшение. И здесь нельзя не вспомнить слова В. И. Вернадского: “Идеалы нашей демократии идут в унисон со стихийным геологическим процессом, с законами природы, отвечают ноосфере. Можно смотреть поэтому на наше будущее уверенно. Оно в наших руках. Мы его не выпустим”.

Факты, характеризующие ухудшение состояния окружающей природной среды и расточительное использование природных ресурсов, в значительной мере связаны с просчетами, ошибками и порочной практикой некоторых плановых и хозяйственных органов, научных, изыскательских, проектных и строительных организаций, считающих, что достижение ближайших хозяйственных, экономических, экологических и иных целей имеет определенный приоритет перед решением долговременных задач сохранения биосферы. Ухудшение природной среды объясняется следующими причинами:

• недостаточностью знаний об экологических системах и границах их устойчивого функционирования (способности выдерживать нагрузку);

• неумением прогнозировать изменения окружающей среды и их влияние на здоровье человека;

• ведомственной и узкопрофессиональной ограниченностью в решении экономических, инженерно-технических вопросов, недооценкой мер предупреждения деградации и защиты природной среды и природохозяйственных объектов;

• незначительностью разработок или отсутствием основ как технологических схем безотходных производств, так и экономических исследований, направленных на выработку критериев развития производства с целью сохранения равновесия окружающей среды;

• неподготовленностью производства; так, не все предприятия оборудованы очистными сооружениями, а имеющиеся сооружения маломощны и недостаточно эффективны;

• низкой квалификацией кадров, работающих на очистных сооружениях;

• определенной психологической неподготовленностью и инерционностью.

69

До последнего времени представление о безграничности наших природных богатств порождало их нерациональное использование, а также примиренческое отношение к фактам загрязнения окружающей среды. Вопросы охраны природы считались второстепенными. Для ликвидации конфликта между природой и хозяйственной деятельностью человека необходимо перейти к принципиально иной форме связи общества и природы — замкнутой системе или рациональному типу природопользования.

Рациональное природопользование обязывает рассматривать природные (экологические) процессы и хозяйственную деятельность человека как единую биоэкономическую систему “производство — окружающая среда”. Следовательно, проблема управления общественным производством перерастает в несравнимо более сложную проблему управления биоэкономической системой. В самом общем виде она может быть сформулирована следующим образом: выбрать такое соотношение между достигнутым уровнем мощностей технологических систем и темпами их роста, которое обеспечило бы сохранение качества окружающей среды в определенных строго заданных пределах.

Рациональный подход к природопользованию должен опираться на два фундаментальных принципа: во-первых, возможно полное использование природного ресурса и, во-вторых, доведение неиспользованных отходов производства до такого состояния, при котором они могут быть ассимилированы экологическими системами.

Современная практика использования даров природы выработала следующие принципы рационального природопользования, методы защиты биосферы и способы создания безотходных производств:

• исключение вредных выбросов и отходов в окружающую среду;

• применение во всех отраслях народного хозяйства безотходных технологий и замкнутых циклов водопотребления;

• комплексное использование минеральных ресурсов;

• полная оценка геологических условий в промышленном строительстве;

• улучшение условий жизни людей во всех регионах страны за счет сохранения и улучшения окружающей среды, к основным компонентам которой относятся чистый воздух, чистая вода, солнечный свет и умеренная температура, а также красота и величие природы, влияющие на психологический настрой человека.

Гл а в а 3 КАЧЕСТВО И ОХРАНА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Классификация и формы загрязнения (загрязнителей) окружающей среды.

Характеристики качества атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов и охрана их Радиационное загрязнение. Шум, вибрация и электромагнитные воздействия. Климат

3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФОРМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ (ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ) ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Загрязнение окружающей природной среды есть внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего данная система разрушается или снижается ее продуктивность.

Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид, попадающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих за рамки своей обычной концентрации, предельных количествах, выходящих за рамки своей обычной концентрации, предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.

Основным показателем, характеризующим воздействие загрязняющих веществ на окружающую природную среду, являются предельно допустимая концентрация (ПДК). С позиции экологии предельно допустимые концентрации конкретного вещества представляют собой верхние пределы лимитирующих факторов среды (в частности, химических соединений), при которых их содержание не выходит за допустимые границы экологической ниши человека.

Ингредиенты загрязнения — это тысячи химических соединений, особенно металлы или их оксиды, токсичные вещества, аэрозоли. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в практике в настоящее время используется

71

до 500 тыс. химических соединений. При этом около 40 тыс. соединений обладают весьма вредными для живых организмов свойствами, а 12 тыс. — токсичны.

Наиболее распространенные загрязнители — зола и пыль различного состава, оксиды цветных и черных металлов, различные соединения серы, азота, фтора, хлора, радиоактивные газы, аэрозоли и т.п. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха приходится на долю оксидов углерода — около 200 млн. т в год, пыли — около 250 млн. т в год, золы — около 120 млн. т в год, углеводородов — около 50 млн. т в год. Прогрессирует насыщение биосферы тяжелыми металлами — ртуть, гелий, германий, цинк, свинец и т.д. При этом следует отметить, что при сжигании топлива, особенно угля, с золой и отходящими газами в окружающую среду поступает больше чем добывается их из недр: магния — в 1,5 раза, молибдена — в 3, мышьяка — в 7, урана и титана — в 10, алюминия, йода кобальта — в 15, ртути — в 50, лития, ванадия, стронция, бериллия, циркония — в сотни раз, гелия и германия — в тысячи раз, иттрия — в десятки тысяч раз.

Процентное соотношение вредных выбросов, произведенных странами в 1995 г., приведено на рис. 3.1.

Загрязнения окружающей среды подразделяются на:

• природные, вызванные какими-либо естественными явлениями, обычно катастрофическими (наводнения, извержения вулканов, селевые потоки и т.п.);

Все остальные 47,1 %

США 23%

Китай 13,9 %

Россия 7,2 % Япония 5% Германия 3,8 %

Рис. 3.1. Процентное соотношение вредных выбросов, произведенных странами в 1995 а.

72

• антропогенные, возникающие в результате деятельности людей.

Среди антропогенных выделяют следующие загрязнения:

• биологическое — случайное или в результате деятельности человека;

• микробиологическое (микробное) — появление необычно большого количества микробов, связанное с массовым их распространением на антропогенных субстратах или средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека;

• механическое — засорение среды агентами, оказывающими механическое воздействие без физико-химических последствий;

• химическое — изменение естественных химических свойств среды, в результате которого повышается или понижается среднемноголетнее колебание количества каких-либо веществ за рассматриваемый период времени, или проникновение в среду веществ, нормально отсутствующих в ней или находящихся в концентрациях, превышающих ПДК;

• физическое — изменение естественного физического состояния среды. Последнее подразделяется на:

• тепловое (термальное), возникающее в результате повышения температуры среды главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, воды и отходящих газов;

• световое — нарушение естественной освещенности местности в результате воздействия искусственных источников света, приводящее к аномалиям в жизни растений и животных;

• шумовое, образующееся в результате увеличения интенсивности и повторяемости шума сверх природного уровня;

• электромагнитное, появляющееся в результате изменения электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных установок и т.п.), приводящее к глобальным и местным геофизическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах;

•радиоактивное, связанное с повышением естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ.

Возможные формы загрязнения: окружающей среды приведены на рис. 3.2.

Непосредственными объектами загрязнения (акцепторами загрязняющих веществ) служат основные компоненты экотона:

атмосфера, вода, почва. Косвенными объектами загрязнения являются составляющие биоценоза — растения, животные, микроорганизмы.

73

| Катастрофическое г—

ЗАГРЯЗНЕНИЕ (ЗАГРЯЗНИТЕЛЬ)

Глобальное | | Региональное! | Локальное |

.——————,

| 1

Случайное L

1 1

| Природное 1- Первичное Вторичное

•-Т—-1

11———i———— | Эксплуатационное

Естественное

Г-———1—————Т———————1

1 Физическое

Физико-химическое | | Химическое | Биологическое \——ч

1

1

1

Радиоактивное Радкационное Световое Тепловое Шумовое Электромагнитное Аэрозольное |

Тяжелыми металлами Пестицидами

Отдельными химическими веществами и элементами Биотическое (йю-генное)

Микробиологическое (микробное)

Стойкое

Разрушаемое биолотес-кимн процессами

j Космосаj

——1————

—————1————

Атмосферы Вод(ы) Гидросферы Мирового океана Подземных вод Почвы Подпочвы

Городской среды Внутриквартирное

Рис, 3.2. Возможные формы загрязнения (загрязнителей) окружающей среды

Антропогенные источники загрязнения весьма разнообразны. Среди них не только промышленные предприятия и теплоэнергетический комплекс, но и бытовые отходы, отходы животноводства, транспорта, а также химические вещества, непременно вводимые человеком в экосистемы для защиты полезных продуцентов от вредителей, болезней, сорняков.

На промышленных предприятиях загрязняющие природную среду вещества подразделяются на четыре класса в зависимости от показателя токсичности (в данном случае от локальной концентрации — ЛК):

• чрезвычайно опасные (ЛК5о< 0,5 мг/л);

• высокоопасные (ЛК.50 < 5 мг/л);

• умеренно опасные (ЛК^о < 50 мг/л);

• малоопасные (ЛК^^ 50 мг/л).

74

Загрязняющие природную среду вещества подразделяются также по их агрегатному состоянию на четыре класса: твердые, жидкие, газообразные и смешанные.

Кроме того, промышленные выбросы в окружающую среду могут классифицироваться и по другим признакам.

1. По организации контроля и отвода — на организованные и неорганизованные:

• организованный промышленный выброс — это выброс, поступающий в окружающую среду (воздушный и водный бассейны) через специально сооруженные газоходы, водоводы и трубы;

• неорганизованный промышленный выброс — это выброс в окружающую среду в виде неправильных самопроизвольных водных или газовых потоков, образующихся в результате несовершенства технологического оборудования или нарушения его герметичности, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газов или отводу загрязненной воды в местах загрузки и хранения сырья, материалов, отходов, готовой продукции, например, пыление отвалов пустой породы, нерегулируемый поверхностный сток промышленных предприятий.

2. По режиму отвода — на непрерывные и периодические. Так, отвод доменного газа считается непрерывным, а отвод конвертерного газа — периодическим.

3. По температуре — когда температура потока (газового, водяного или смешанного) выше, ниже или равна температуре окружающей среды.

4. По локализации — выбросы происходят в основном, вспомогательном, подсобном производствах, на транспорте и т.д.

5. По признакам очистки — на чистые, нормативно очищенные, частично очищенные, выбрасываемые без очистки. При этом под очисткой понимается отделение, улавливание и превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.

Промышленные выбросы в окружающую среду подразделяют на первичные и вторичные.

Первичные — это выбросы, непосредственно поступающие в окружающую среду от тех или иных источников, а вторичные, будучи продуктами образования первичных, могут быть более токсичными и опасными, чем первые. Типичное превращение некоторых веществ — их фотохимическое окисление.

75

3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Источники загрязнения окружающей природной среды промышленностью классифицируются в зависимости от объекта загрязнения: атмосферы, водного бассейна и литосферы.

Источники загрязнения воздушного бассейна

1. По назначению: а) технологические, содержащие хвостовые газы после улавливания на установках, продувки аппаратов, воздушников и др. (для выбросов характерны высокие концентрации вредных веществ и сравнительно малые объемы удаляемого воздуха); б) вентиляционные выбросы — местные отсосы от оборудования и общеобменная вытяжка.

2. По месту расположения: а) незатененные, или высокие, находящиеся в зоне недеформированного ветрового потока ( к этим источникам относятся высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую высоту здания в 2,5 раза); б) затемненные или низкие, расположенные на высоте в 2,5 раза меньше высоты здания; в) наземные, находящиеся вблизи земной поверхности (к этим источникам относится открыто расположенное технологическое оборудование, колодцы производственной канализации, пролитые токсичные вещества, разбросанные отходы производства).

3. По геометрической форме: а) точечные (трубы, шахты, крышные вентиляторы); б) линейные (аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шахты и факелы).

4. По режиму работы: непрерывного и периодического действия, залповые и мгновенные. В случае залповых выбросов за короткий промежуток времени в воздух поступает большое количество вредных веществ. Залповые выбросы возможны при авариях или сжигании быстрогорящих отходов производства на специальных площадках уничтожения. При мгновенных выбросах загрязнения распространяются за доли секунды иногда на значительную высоту. Они происходят при взрывных работах и аварийных ситуациях.

5. По дальности распространения: а) внутриплощадочные, когда выбрасываемые в атмосферу загрязнения образуют высокие концентрации только на территории промышленной площадки, а в жилых районах ощутимых загрязнений не наблюдается (для таких выбросов предусматривается достаточных размеров сани-тарно-защитная зона); б) внеплощадочные, когда выбрасываемые в атмосферу загрязнения потенциально способны создавать вы-

76

сокие концентрации (порядка ПДК для воздуха населенных пунктов) на территории жилого района.

Источники загрязнения водного бассейна

1. Атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения. При отекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают с собой массы веществ. Особенно опасны стоки с городских улиц, промышленных площадок, несущие массы нефтепродуктов, мусора, фенолов, кислот.

2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностно-активные моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные. Ежегодно в целом по стране образуется около 100 км3 таких вод.

3. Сельскохозяйственные воды. Загрязнение этими водами обусловлено, во-первых, тем, что повышение урожайности и продуктивности земель неизбежно связано с применением ядохимикатов, используемых для подавления вредителей, болезней растений и сорняков. Эти ядохимикаты непосредственно попадают на поверхность почвы или смываются на большие расстояния, неизбежно оказываясь в водных объектах. Во-вторых, животноводство связано с образованием больших масс твердой органики и мочевины. Эти отходы не ядовиты, но их массы огромны и наличие их ведет к тяжелым последствиям для водных экологических систем. Кроме органических веществ, сточные сельскохозяйственные воды содержат массу биогенных элементов, в том числе азота и фосфора.

4. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду черная и цветная металлургия, химическая, лесохимическая и нефтеперерабатывающая отрасли промышленности. При разработке пластовых месторождений в нашей стране каждый год образуется 2,5 млрд. км3 дренажных шахтных и шламовых вод, загрязненных хлористыми и сульфатными соединениями, соединениями железа и меди, которые не годятся даже в качестве технической воды и перед сбросом должны быть очищены.

При технологических процессах в промышленности образуются следующие основные виды загрязненных сточных вод:

• реакционные воды, образующиеся в процессе реакций с выделением воды, в результате чего они загрязнены как исходными веществами, так и продуктами реакции;

77

• воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная или связанная вода), в результате переработки загрязняются всевозможными веществами;

• промывные воды — воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы;

• водные экстрагенты и абсорберы;

• охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения;

• бытовые воды — воды столовых, прачечных, душевых, туалетов и т.д.;

• атмосферные осадки, стекающие с территории предприятия, загрязненные различными химическими и взвешенными веществами (поверхностный сток).

Следует отметить, что загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы. Это обусловлено тем, что процессы генерации или самоочищения протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздушной. Источники загрязнения водоемов более разнообразны и менее предсказуемы. Естественно, процессы, осуществляющиеся в водной среде и подвергающиеся загрязнению, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.

Источники загрязнения литосферы

1. Жилые дома и бытовые предприятия. В числе загрязняющих веществ преобладают: бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода, мусор общественных учреждений, больниц, столовых, гостиниц, магазинов и т.д.

2. Сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты, применяемые в сельском и лесном хозяйствах для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков. Отходы животноводства и сельскохозяйственной продукции.

3. Теплоэнергетика. Помимо образования массы шламов при сжигании каменного угля с теплоэнергетикой связано выделение в атмосферу сажи, несгоревших частиц, оксидов серы, в конечном итоге оказывающихся в почве.

4. Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы или погло-

78

щаемые растениями. В последнем случае эти вещества также оказываются в почве, вовлекаются в природные круговороты, связанные с пищевыми цепями.

5. Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных и тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы бензола и фенола. Отходами целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, метанол, скипидар, кубовые остатки.

При загрязнении почв самоочищения практически не происходит или происходит очень медленно. В таком случае токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава почв, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсичные вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать нежелательные последствия.

3.3. АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ. ТРАНСГРАНИЧНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ. ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ ЗЕМЛИ

Важнейшие климатические и экологические особенности Земли в решающей степени определяются наличием и свойствами ее газовой оболочки — атмосферы. Благодаря специфическому газовому составу, способности поглощать и отражать солнечную радиацию, озоновому слою, в котором задерживается основная часть коротковолнового излучения Солнца, благоприятному температурному режиму и присутствию водяного пара атмосферу можно назвать одним из главных источников жизни на Земле.

В современном газовом составе атмосферы, который отличается большим постоянством, содержится по объему (%): азота — 78,08, кислорода — 20,9, аргона — 0,93, углекислого газа — 0,031 и небольшое количество инертных газов. Наиболее важная переменная составляющая атмосферы — водяной пар. Пространственно-временная изменчивость его концентрации, а также непостоянство радиационного и светового режимов предопределяют резко дифференцированные условия функционирования природных экосистем. Несмотря на то, что климатические контрасты в различных районах Земли сглаживаются бла-

79

годаря циркуляции атмосферы и морским течениям, эта дифференциация весьма заметна.

Географическая оболочка Земли богата и другим полезным компонентом, необходимым для функционирования живых организмов, — кислородом. Его содержание по массе в литосфере составляет 47%, в гидросфере — 85,9%, однако преобладающая часть кислорода находится в химически связанном состоянии. Атмосфера по сравнению с литосферой и гидросферой характеризуется наибольшим содержанием свободного кислорода, потребляемого живыми организмами и способствующего переработке продуктов распада органической материи, осуществляющегося в условиях достаточно высокой среднегодовой температуры воздуха (13,6°С) у поверхности Земли.

Исходя из термической структуры и циркуляции атмосферы ее принято разделять на сферические слои, именуемые тропосферой, стратосферой, мезосферой и термосферой (см. рис. 1.3), верхние границы которых называются паузами. Средняя температура в тропосфере убывает по мере удаления от поверхности Земли к ее верхней границе (на расстоянии 10—16 км).

Термическая структура тропосферы обусловлена нагреванием земной поверхности солнечной радиацией с последующим переносом тепла вверх путем турбулентного перемешивания и конвекции. Господствующие в тропосфере процессы (испарение водяного пара и его конденсация) приводят к образованию облаков и осадков, поскольку в тропосфере содержится преобладающая часть водяного пара атмосферы. Выше тропосферы в диапазоне высот от 10—16 км примерно до 50 км располагается стратосфера. В отличие от тропосферы, в которой важную роль играет турбулентный обмен, стратосфера весьма устойчива, содержит мало влаги, и в ней отсутствуют погодные явления в обычном смысле слова, а единственным видом облачности являются серебристые облака.

Из всех газов, содержащихся в атмосфере, наибольшее значение для деятельности живых организмов имеют кислород, углекислый газ, озон и водяной пар. Кислород используется в процессах дыхания, окисления органического вещества либо неорганических элементов. Углекислый газ расходуется в ходе фотосинтеза автотрофными растениями и выделяется при разложении органического детрита.

Если содержание азота, кислорода и аргона в тропосфере весьма постоянно, то распределение озона и водяного пара меняется в зависимости от времени года, географической широты и других факторов. Нестабильность атмосферы как природной системы объясняется колебаниями температуры, давления, плотности, имеющими место в тропосфере, а также гравитаци-

80

онным воздействием Луны и Солнца, вызывающим атмосферные приливы в стратосфере. Выше стратосферы располагаются мезосфера, в которой температура убывает с высотой, и термосфера, где наблюдается обратное явление.

В настоящее время к естественным факторам изменчивости атмосферы добавился антропогенный фактор, связанный с прогрессирующим ее загрязнением.

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей естественного или ан-тропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии. Размеры частиц, загрязняющих воздух, показаны на рис. 3.3.

К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, галогенуглеро-ды (фреоны), метан и тропосферный озон. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22—25 млн. т в год. Объем этих выбросов за последние 10 лет ежегодно сокращается на 300—600 тыс. т. Сокращение выбросов обусловлено главным образом повсеместным спадом промышленного производства, особенно в добывающих и ресурсоперерабатываю-щих отраслях. Позитивную роль в этих условиях сыграла относительная стабильность добычи и использования газа — экологически чистого топлива.

Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха свидетельствуют о снижении средних концентраций взвешенных веществ, растворимых сульфатов, аммиака, бенз(а)пирена, сажи, сероводорода, формальдегида, вследствие спада производства и закрытия предприятий. При этом возросли средние концентрации диоксида азота, оксида углерода, сероуглерода, фенола, фторида водорода, что связано с неритмичностью работы предприятий. Отмечен также рост концентраций оксида углерода, диоксида азота и формальдегида на автомагистралях крупных городов и прилегающих к ним территориях. Диаграммы изменения средних годовых концентраций загрязняющих веществ за пятилетний период по городам России приведены на рис. 3.4.

Так, по данным наблюдений, за ряд лет в 284 городах России уровень загрязнения воздуха изменялся незначительно. Среднегодовые концентрации взвешенных веществ (пыли), ди-

81

Дым домашних очагов

Промышленный и химический дым

Промышленная и химическая пыль

Табачный дым

Про дукты сгорания нефтематериалов

Пыль, вызывающая повреждения легких

1 Красящие вещества

Инсектицидная пыль

Бактерии

Аэрозоли

Пыльца

Чихательные порошки

Частицы, диметром с человеческий волос

Туман Дымка Дождь

Видимые в оптический микроскоп

Видимые в ультрафиолетовом микроскопе

Видимые глазом

0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 Рис. 3.3. Размеры частиц, загрязняющих воздух, мкм

оксида азота, фенола и фторида водорода достигали одного ПДК, сероуглерода превышали 2 ПДК, формальдегида — 3 ПДК, бенз(а)пирена — 1 ПДК и стандарт Всемирной организации здравоохранения — в 2,6 раза.

Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ больше одного ПДК отмечались в 204 городах, в том числе концентрации пыли — в 90 городах, диоксида азота — в 86, формальдегида — в 97 и бенз(а)пирена — в 92 городах. В Кызыле,

82

1991 1992 1993 1994 1995 1991 1992 1993 1994 1995 Год

в г

4 Г 12 г

1991 1992 1993 1994 1995

1991 1992 1993 1994 1995 Год

Рис. 3.4. Диаграммы средних концентраций загрязняющих веществ К в атмосферном воздухе по городам России [13]:

а — оксид углерода; б — диоксид серы; в — бенз(а)пирен;

г — формальдегид

Чите, Шелехове средняя за год концентрация бенз(а)пирена превышала стандарт ВОЗ более чем в 10 раз.

Все загрязнители среды имеют конкретные источники выбросов. Большинство из них под воздействием природных факторов с течением времени, нейтрализуется или разрушается.

83

В качестве примера на рис. 3.5 приведена схема загрязнения среды канцерогенным углеводородом (бенз(а)пиреном) и ее самоочищения.

Максимальные разовые концентрации пыли, оксида углерода, диоксида азота, аммиака, сероуглерода, сероводорода, фенола, формальдегида, фторида водорода или хлорида водорода, превышающие ПДК, отмечались в 70—95% городов (там, где проводятся наблюдения за этими веществами), концентрации диоксида азота, аммиака, сероуглерода, сероводорода, фенола, хлорида водорода больше 5 ПДК — в 20—35% городов.

Максимальные концентрации, превышающие ПДК, имели место в 126 городах, 10 ПДК — в 79 городах (табл. 3.1), в том числе среднемесячных концентраций бенз(а)пирена — в 42 городах. Превышение 10 ПДК тремя и более веществами отмечалось в 12 городах.

Рис. 3.5. Схема загрязнения среды канцерогенным углеводородом (бенз(а)пиреном, БП) и ее самоочищения:

1 — промышленные предприятия; 2 — авиатранспорт;

3 — автомобильный и рельсовый транспорт;

4 — отопление жилищ; 5 — ультрафиолетовое излучение;

б — озон; 7 — метаболизм у высших животных;

8 и 9 — разрушение бенз(а)пирена растениями и почвенными микроорганизмами

84

Таблица 3.1

Города с максимальными разовыми концентрациями веществ более 10 ПДК [13]Город Вещество Город Вещество

Абакан Бенз(а)пирен Нижний Новгород Формальдегид

Александровск- Сажа Новгород Пыль

Сахалинский

Новодвинск Метилмеркаптан

Ангарск Бенз(а)пирен Новокуйбышевск Этилбензол

Архангельск Метилмеркаптан Новокузнецк Бенз(а)пирен

Асбест Пыль Новомосковск То же

Байкальск Метилмеркаптан Новороссийск Пыль, бенз(а)пирен

Барнаул Диоксид азота, Новосибирск Пыль,

оксид углерода,

бенз(а)пирен,

сажа

диоксид азота

Березники Этилбензол Норильск Диоксиды азота и

Бийск Бенз(а)пирен, пыль

серы, формальде

Благовещенск Бенз(а)пирен

гид

(Амурская

Обь Пыль

обл.)

Омск Хлористый водо

Благовещенск То же

род, ацетальдегид,

(Башкортостан)

ксилол,этилбен

Братск Метилмеркаптан,

зол, оксид углерода

бенз(а)пирен Первоуральск Диоксид азота,

Владикавказ Диоксид азота

бенз(а)пирен

Волжский Метилмеркаптан Пермь То же

Выборг Диоксид азота Петровск- Бенз(а)пирен

Екатеринбург Диоксид азота, Забайкальский

бенз(а)пирен, Прокопьевск То же

этилбензол Ростов-на-Дону Бенз(а)пирен, пыль

Зима Бенз(а)пирен Саратов Диоксид азота,

Златоуст То же

этилбензол

Ижевск Диоксид азота Селенгинск Метилмеркаптан

Иркутск Бенз(а)пирен Сланцы Диоксид азота,

Искитим То же

пыль, сероводород

Казань Диоксид азота Соликамск Хлористый водо

Каменск- Бенз(а)пирен

род, сероводород

Уральский

Ставрополь Бенз(а)пирен, сажа

Кемерово Диметиламин, Стерлитамак Бенз(а)пирен,

бенз(а)пирен

аммиак

Киселевск Сажа Сызрань Оксид углерода

Комсомольск - Пыль, Сыктывкар Метилмеркаптан

на-Амуре бенз(а)пирен Томск Хлористый водо

Коряжма Метилмеркаптан

род, пыль, диоксид

Красноярск Сероводород,

азота, ксилол

бенз(а)пирен, Тула Диоксид азота.

сероуглерод, Улан-Уде Бенз(а)пирен

этилбензол, Усолье-Сибирское Бенз(а)пирен,

диоксид азота

ртуть

Курган Бенз(а)пирен Уссурийск Бенз(а)пирен

Кустово Диоксид азота Уфа То же

85

ПродолжениеГород Вещество Город Вещество

Кызыл Бенз(а)пирен Липецк Аммиак, Ухта Метилмеркаптан Хабаровск Формальдегид,

акролеин Магадан Диоксид азота бенз(а)пирен, диоксид азота

Магнитогорск Диоксид азота, бенз(а)пирен, Челябинск Бенз(а)пирен Черемхово То же

фенол, Череповец "

сероуглерод Черногорок "

Медногорск Сероводород Чита

Мирный Диоксид азота Шелехов "

Москва Диоксид азота, Щелково Метилмеркаптан

аммиак, фенол Южно-Сахалинск Оксид углерода,

Назарове Диоксид азота, бенз(а)пирен бенз(а)пирен Якутск Диоксид азота

Ежегодно при анализе информации о загрязнении атмосферного воздуха в приоритетный список городов вносятся города с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы. Например, при составлении такого списка за 1995 г. в связи с суровой зимой возросли концентрации бенз(а)пирена, вызванные выбросами от котельных и печного отопления. По сравнению с предыдущим годом отмечен рост средних концентраций бенз(а)пирена на 22%.

За счет загрязнения атмосферного воздуха этим веществом приоритетный список расширился, в него были включены 45 городов (в 1994 г. список содержал 38 городов), в которых индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) превысил 14 (табл. 3.2). В Ангарске, Каменске-Уральском, Норильске, Омске, Ставрополе, Усолье-Сибирском уровень загрязнения воздуха продолжал расти.

Для загрязнений воздуха в городах, вошедших в список, характерны высокие концентрации специфических загрязняющих веществ. Почти в каждом городе наибольший вклад в загрязнение воздуха определяется концентрациями бенз(а)пирена, формальдегида, метилмеркаптана, сероуглерода, бензола и других веществ.

Основной вклад в высокий уровень загрязнения воздуха вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых городах и котельные. Из года в год возрастает загрязнение атмосферного воздуха веществами, характерными для автомобильного транспорта.

86

Таблица 3.2 Города с наибольшим уровнем загрязнения воздуха [13]

Город

Вещества, определяющие высокий уровень загрязнения атмосферы города

Отрасль промышленности, предприятия которой ответственны за

высокий уровень загрязнения

Ангарск

Архангельск

Бийск

Биробиджан

Братск*

Волжский* Екатеринбург*

Зима* Иркутск*

Каменск-Уральский Кемерово*

Комсомольск-на-

Амуре

Красноярск*

Курган* Кызыл

Липецк*

Магадан

Магнитогорск*

Москва

Мытищи

Формальдегид, бенз(а)пирен, монометиламин

Метилмеркаптан, формальдегид, бенз(а)пирен Формальдегид, бенз(а)пирен, диоксид азота Формальдегид, фенол, диоксид азота

Формальдегид, бенз(а)пирен, Метилмеркаптан, сероуглерод

Формальдегид, диоксид азота, Метилмеркаптан Формальдегид, бенз(а)пирен, акролеин, диоксид азота

Формальдегид, бенз(а)пирен

Формальдегид, сажа,

бенз(а)пирен, диоксид азота

Бенз(а)пирен, твердые фтори-

ды,пыль

Формальдегид, бенз(а)пирен,

сероуглерод, аммиак

Формальдегид, бенз(а)пирен,

пыль

Формальдегид, бенз(а)пирен,

пыль, бензол

Формальдегид, бенз(а)пирен,

сажа

Формальдегид, бенз(а)пирен,

пыль

Формальдегид, фенол, диоксид азота, пыль

Формальдегид, бенз(а)пирен, диоксид и оксид азота Бенз(а)пирен, сероуглерод, диоксида азота, пыль Формальдегид, бенз(а)пирен, бензол, диоксид азота Бензол, формальдегид, диоксид азота,сероуглерод

Нефтехимическая

Целлюлозно-бумажная, энергетика

Энергетика, целлюлозно-бумажная, химическая Машиностроение, энергетика

Цветная металлургия, целлюлозно-бумажная, химическая

Нефтехимическая, химическая

Черная металлургия, машиностроение, автотранспорт

Химическая, энергетика Энергетика, тяжелое машиностроение Черная и цветная металлургия

Коксохимическая, черная металлургия

Нефтехимическая, черная металлургия

Нефтехимическая, цветная металлургия, целлюлозно-бумажная Автомобильная, химическая, энергетика Энергетика, строительная, печное отопление, автотранспорт

Черная металлургия, строительная

Автотранспорт,энергетика, котельные Черная металлургия

Автотранспорт, черная металлургия

Машиностроение, электротехническая, строительная, химическая

87

Продолжение

Город

Вещества, определяющие высокий уровень загрязнения атмосферы города

Отрасль промышленности, предприятия которой ответственны за

высокий уровень загрязнения

Нижний Тагил*

Новодвинск

Новокузнецк*

Новосибирск*

Норильск

Омск*

Прокопьевск

Ростов-на-Дону*

Самара

Саратов*

Селенгинск*

Ставрополь*

Сыктывкар Тольятти*

Улан-Удэ* Ульяновск

Усолье-Сибирское* Уссурийск

Формальдегид, бенз(а)пирен, фенол,сероуглерод Метилмеркаптан, сероуглерод, формальдегид Формальдегид, бенз(а)пирен, бензол То же

Формальдегид, диоксид серы,

пыль

Формальдегид, ацетальдегид,

бензол

Бенз(а)пирен, пыль, диоксид

азота

Формальдегид, бенз(а)пирен,

пыль, диоксид азота

Формальдегид, бенз(а)пирен, диоксид азота, трикрезол

Формальдегид, бензол, диоксид азота, фенол Метилмеркаптан, формальдегид, бенз(а)пирен Формальдегид, бенз(а)пирен, диоксид азота, фенол

Метилмеркаптан, формальдегид

Формальдегид, бензол, аммиак, фторид водорода

Формальдегид, бенз(а)пирен, диоксид азота, фенол То же

Формальдегид, бенз(а)пирен, диоксид азота, бензол Бенз(а)пирен, пыль, диоксид азота

Черная металлургия, химическая, строительная Целлюлозно-бумажная

Черная и цветная металлургия, энергетика Нефтехимическая, химическая Цветная металлургия

Нефтехимическая, химическая

Топливная, машиностроение, шахты

Энергетика, сельскохозяйственное машиностроение, строительная, автотранспорт Нефтехимическая, строительная, приборостроительная, электротехническая, металлургическая, авто- и железнодорожный транспорт Энергетика, нефтехимическая, строительная Целлюлозно-бумажная

Машиностроение, нефтехимическая, автотранспорт

Целлюлозно-бумажная, строительная, автотранспорт

Производство минеральных удобрений, химическая, лесная, энергетика, строительная

Энергетика, строительная, автотранспорт Авиаприборостроение, деревообрабатывающая Химическая, энергетика

Энергетика, строительная, железнодорожный транспорт

88

Продолжение

Город

Вещества, определяющие высокий уровень загрязнения атмосферы города

Отрасль промышленности, предприятия которой ответственны за

высокий уровень загрязнения

Хабаровск*

Челябинск Черемхово Чита*

Шелехов*

Формальдегид, бенз(а)пирен, пыль, твердые фториды

Щелково Бензол, Метилмеркаптан, диоксид азота Южно-Сахалинск* Бенз(а)пирен, сажа, диоксид

азота

Формальдегид, бенз(а)пирен, диоксид азота, аммиак

Формальдегид, бенз(а)пирен,

бензол

Бенз(а)пирен, пыль; диоксид

азота

Формальдегид, бенз(а)пирен,

диоксид азота

Энергетика, строительная, нефтехимическая, железнодорожный транспорт Энергетика

Энергетика, автотранспорт, печное отопление Энергетика, железнодорожный транспорт, топливная Цветная металлургия

Производство ядохимикатов, топливная Энергетика, автотранспорт, котельные

* Город более 5 лет включается в список городов с высокими уровнями загрязнения атмосферного воздуха.

Из приведенного в табл. 3.2 списка можно выделить территории краев и областей, где 40—50% населения подвержено влиянию высокого уровня загрязнения атмосферы. К таким территориям относятся Иркутская (Ангарск, Братск, Зима, Иркутск, Усолье-Сибирское, Шелехов), Кемеровская (Кемерово и Новокузнецк), Красноярская, Московская (Москва, Мытищи, Щелково) и Омская области, Хабаровский край (Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре).

Основной причиной высокого загрязнения воздуха являются выбросы специфических веществ. Для принятия эффективных мер по улучшению качества атмосферного воздуха и выбросов промышленных предприятий и автотранспорта в городах, в первую очередь, бенз(а)пирена, формальдегида, аммиака, сероуглерода и других загрязняющих веществ, определяющих высокое загрязнение воздуха в городах и промышленных центрах, особое внимание следует уделять городам, которые впервые внесены в список городов с максимальными разовыми концентрациями загрязняющих веществ, превышающими 10 ПДК, и с наибольшим уровнем загрязнения воздуха.

89

Одним из основных загрязнителей атмосферы по массе является углекислый газ COz. Вместе с кислородом он является биогеном атмосферы, который в основном контролируется био-той. В XX в. наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере, доля которого с начала века увеличилась почти на 25%, а за последние 40 лет — на 13%.

По объему выбросов углерода (1 т углерода соответствует 3,7 т СО-2.) первое место занимают США, за ними следуют страны Европейского Экономического Сообщества, а затем страны СНГ, на которые приходится более половины выбросов. В России сейчас производится около 80% энергии, вырабатывавшейся ранее в Советском Союзе. Вклад промышленности России в выбросы углерода в атмосферу весьма велик и составляет около 800 млн. т углерода (что соответствует примерно 3 млрд. т углекислого газа), следовательно, ежегодно на каждого жителя приходится 5,44 т! На долю России приходится несколько меньше 13% общей массы выбрасываемого в атмосферу углерода, на долю США около 30% и стран ЕЭС — примерно 20%, на долю Китая — немногим более 7%. Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу, то нашу планету ожидает катастрофа (рис. 3.6). Сегодня остается нерешенной мировая проблема соотношения энергии и углекислого газа (рис. 3.7).

Кроме того, около 2% общей массы выбросов в атмосферу составили вредные вещества с высокой токсичностью (сероуглерод, фтористые соединения, бенз(а)пирен, сероводород и др.). Особенно велики промышленные выбросы от стационарных источников — предприятий черной и цветной металлургии в городах. Например, выбросы диоксида серы (млн. т/год): в Норильске — 2,4, Мончегорске — 0,2, Никеле — 0,19, Орске — 0,17; выбросы оксида углерода (млн. т/год): в Новокузнецке — 0,44, Магнитогорске — 0,43, Липецке — 0,41, Череповце — 0,4, Нижнем Тагиле — 0,3 и т.д.

Газообразные азотосодержащие соединения (NO, NH3) содержатся в промышленных выбросах, образующихся при сжигании органического топлива (уголь, бензин, мазут), а также продуцируются анаэробными бактериями. Их ежегодное поступление в атмосферу достаточно велико. Так, количество азота, образующегося главным образом вследствие деятельности анаэробных микроорганизмов и поступающего в атмосферу, составляет около 5-Ю9 т в год. Однако NH3 — нестойкое соединение, которое быстро превращается в различные нитраты, содержащиеся в выпадающих атмосферных осадках. Этим, в частности, объясняется высокое удобряющее свойство талой воды, известное земледельцам. Однако обогащение нитратами

90

Остальные страны

Индия

Италия

ГДР

Польша

Канада

Франция

Япония Великобритания

Китай

ГДР США Канада

СССР Польша Великобритания ФРГ Япония Франция Италия

Китай -t--^ Индия ^|'" 21,2

19,7 |

17,0 |

13,2 |

12.71

11.9 |

11,7 |

^l

6,9 Эмиссии СО;, обусловленные энергией на душу населения в этих странах (в тоннах СО;)

6,4 |

1.91

3^7 ^ .,;Г ^

Рис. 3.6. Угроза для климата планеты Земля

выпадающих атмосферных осадков может вызвать эвтрофика-цию водоемов.

Из естественных и антропогенных источников в атмосферу ежегодно поступают сотни миллионов тонн аэрозолей. К естественным источникам относят пыльные бури, вулканические извержения и лесные пожары. Газообразные выбросы (например, SOz) приводят к образованию в атмосфере аэрозолей. Несмотря на то, что время пребывания в тропосфере аэрозолей исчисляется несколькими сутками, они могут вызвать снижение средней температуры воздуха у земной поверхности на 0,1—0,3°С. Не меньшую опасность для атмосферы и биосферы представляют аэрозоли антропогенного происхождения, образующиеся при сжигании топлива либо содержащиеся в промышленных выбросах. Минеральный состав аэрозолей антропогенного происхождения многообразен: оксиды железа и

91

Выбросы С0г,млрд.т

Мировое потребление энергии, млрд.т нефти

Вчера Сегодня 1960 год 1990 год

Выбросы

Рис. 3.7. Нерешенная проблема в мире: энергия и CU2

свинца, силикаты, сажа. Они содержатся в выбросах предприятий теплоэнергетики, черной и цветной металлургии, стройматериалов, а также автомобильного транспорта. Пыль, осаждающаяся в индустриальных районах, содержит до 20% оксида железа, 15% силикатов и 5% сажи, а также примеси различных металлов (свинец, ванадий, молибден, мышьяк, сурьма и т.д.). В выбрасываемых в атмосферу аэрозолях присутствуют также хлор, бром, ртуть, фтор и другие элементы и соединения, опасные для здоровья человека.

Концентрация аэрозолей меняется в весьма широких пределах: от Ю^г/м3 в чистой атмосфере до 2•10бмг/мз в индустриальных районах. Концентрация аэрозолей в индустриальных районах и крупных городах с интенсивным автомобильным движением в сотни раз выше, чем в сельской местности. Среди аэрозолей антропогенного происхождения особую опасность для биосферы представляет свинец, концентрация которого изменяется от 0,000001 мг/м3 для незаселенных районов до 0,0001 мг/м3 для селитебных территорий. В городах концентрация свинца значительно выше — от 0,001 до 0,03 мг/м3.

Аэрозоли загрязняют не только атмосферу, но и стратосферу, оказывая влияние на ее спектральные характеристики и вызывая опасность повреждения озонового слоя. Непосредственно в стратосферу аэрозоли поступают с выбросами сверхзвуко-

92

вых самолетов, однако имеются аэрозоли и газы, диффунди-рующие в стратосфере.

Основной аэрозоль атмосферы — сернистый ангидрид (SO;), несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является короткоживущим газом (4—5 суток). По современным оценкам, на больших высотах выхлопные газы авиационных двигателей могут увеличить естественный фон SO; на 20%. Хотя эта цифра невелика, повышение интенсивности полетов уже в XX в. может сказаться на альбедо земной поверхности в сторону его увеличения. Выбросы SO; в приземном слое могут увеличить оптическую толщину атмосферы в видимых частях спектра, что приведет к некоторому уменьшению поступления солнечной радиации в приземном слое воздуха. Таким образом, климатический эффект выбросов S02 противоположен эффекту выбросов СОд, однако быстрое вымывание сернистого ангидрида атмосферными осадками значительно ослабляет в целом его воздействие на атмосферу и климат. Ежегодное поступление сернистого газа в атмосферу только вследствие промышленных выбросов оценивается почти в 150 млн. т. В отличие от углекислого газа сернистый ангидрид является весьма нестойким химическим соединением. Под воздействием коротковолновой солнечной радиации он быстро превращается в серный ангидрид и в контакте с водяным паром переводится в сернистую кислоту. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соединяясь с капельками воды, образует так называемые кислотные дожди.

На практике для определения степени загрязнения атмосферного воздуха используют два норматива: предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКес) — для оценки ос-редненных за продолжительный период (от суток до года) концентраций и ПДК„р — для оценки непосредственно измеренных максимальных разовых концентраций химического вещества в воздухе населенных мест (при 20-минутной экспозиции). Более подробно о ПДК поговорим ниже.

Контроль загрязнения атмосферы на территории России осуществляется почти в 350 городах. Система наблюдения включает 1200 станций и охватывает почти все города с населением более 100 тыс. жителей и города с крупными промышленными предприятиями.

Максимальные разовые концентрации таких загрязнителей воздуха, как пыль, оксид углерода, диоксид азота, аммиак, сероводород, фенол, фторид водорода, превышают соответствующие ПДКмр более чем в 75% городов, контролируемых по каждой примеси. Во многих городах зарегистрировано превы-

93

шение загрязнений в 5—10 раз и более, при этом воздух загрязнен сразу несколькими вредными веществами. К числу таких наиболее загрязненных городов относятся: Березники, Братск, Екатеринбург, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Мо'-сква, Новокузнецк, Норильск, Череповец и многие другие.

Более 50 млн. человек испытывают воздействие различных вредных веществ, содержащихся в воздухе в концентрациях, равных 10 ПДК, а свыше 60 млн. человек подвергаются воздействию вредных веществ, концентрация которых превышает 5 ПДК.

На загрязнение воздушного бассейна большое влияние оказывает выпадение кислотных соединений. Сегодня серно- и азотокислотные осадки выпадают на значительных территориях Российской Федерации. Как правило, они образуются в зоне действия предприятий цветной металлургии и химической переработки сернистого газового конденсата, а также на траекториях переноса воздушных масс от этих предприятий. Так, в районе Норильска сернокислотные осадки отравили тундру, озера и животный мир на многие сотни километров вокруг' Сернокислотные выбросы предприятий Норильска доносятся с дождями до Канады.

Экологическая ситуация в России показана на рис. 3.8.

Трансграничное загрязнение

На загрязнение окружающей природной среды значительное влияние оказывают трансграничные переносы загрязняющих веществ из стран, соседствующих с Россией.

Основными районами трансграничного влияния на атмосферу России являются:

• Западная и Восточная Европа (особенно Германия и Польша);

• Северо-Восточные районы Эстонии (район добычи и переработки сланцев);

• Украина (радиоактивное загрязнение в районе Чернобыля, высокая концентрация промышленных узлов в центральной части, в Харьковской области и Донбассе);

• Северо-Западный Китай (радиоактивные загрязнение);

• Северная Монголия (горнопромышленные районы). К основным районам трансграничного влияния России на атмосферу сопредельных территорий относятся:

• Кольский п-ов (горнопромышленные районы) — на Финляндию и Норвегию;

94

Ареалы:

Ейй^ острых экологических ситуаций Ц||||Ц[| кислых атмосферных осадков

|“*-^| Северная граница распространения пыльных бурь | • | Города с высоким уровнем загрязнения атмосферы

Рис. 3.8. Экологическая ситуация в России

• Санкт-Петербургский промышленный узел — на Финляндию и Эстонию;

• Южный Урал (промышленное и радиоактивное загрязнение) — на Казахстан;

• Новая Земля, Карское и Баренцево моря — возможен разнос радиоактивного загрязнения на сопредельные территории.

Водообмен России с сопредельными территориями характеризуется значительным преобладанием притока поверхностных вод над их оттоком. Кроме того, состояние водных ресурсов бассейнов Волги и Дона оказывает влияние на экологическую обстановку в Каспийском и Черном морях, являющихся межгосударственными водными объектами.

Метеорологический синтезирующий центр “Восток” в рамках программы ЕМЕП (МСЦ-В, г. Москва) на основе экспертных оценок данных по выбросам выполнил ориентировочные расчеты транс граничного переноса свинца и кадмия. Результаты этих расчетов (табл. 3.3) показали, что загрязнение территории России свинцом и кадмием, переносимыми из других

95

стран, в основном, из стран-участников Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, значительно превышает загрязнение территории этих стран свинцом и кадмием от российских источников, что обусловлено доминированием западно-восточного переноса воздушных масс.

Таблица 3.3

“Взаимное” загрязнение свинцом и кадмием территорий России и других стран (в пределах сетки ЕМЕП) в 1995 г., 100 кг. свинца и 10 кг. кадмия в год **Страна Перенос на территорию России из других стран (“импорт”) Перенос на территории других стран из России (“экспорт”) Соотношение “импорта” и “экспорта”

свинца кадмия свинца кадмия свинца кадмия

Украина 11008 4052 2042 582 5 7

Польша 1929 885 89 26 >10 >10

Белоруссия 1848 669 323 80 6 8

Германия 1325 562 5 2 >10 >10

Финляндия 845 537 249 66 3 8

Швеция 592 316 24 6 >10 >10

Литва 506 142 140 34 4 4

Латвия 464 103 61 15 7 7

Эстония 307 63 59 15 5 4

Страны Закав 811 284 486 107 2 3

казья*

Казахстан 480 129 2795 851 0,2 0,15

* Грузия, Армения и Азербайджан.

** Государственный доклад “О состоянии окружающей среды РФ в 1996 году”.

“Импорт” этих металлов в Россию из Польши, Германии и Швеции более, чем в 10 раз превышает их “экспорт” из России. “Импорт” свинца из Украины, Белоруссии и Латвии в 5—7 раз превышает его “экспорт” из России, а “импорт” кадмия из этих стран и Финляндии — в 7—8 раз. При этом выпадения свинца на европейской территории России (ЕТР) довольно значительны и составляют ежегодно: из Украины — около 1100 т, Польши и Белоруссии — по 180—190 т, Германии — более 130 т. Выпадения кадмия на ЕТР из Украины ежегодно превышают 40 т, Польши — почти 9 т, Белоруссии — около 7 т, Германии

— более 5 т, Финляндии — свыше 6 т. Эти поступления особенно существенны для западных регионов России.

От источников Российской Федерации суммарные выпадения свинца и кадмия на ее европейские территории составляют

96

около 70%, а на долю источников других стран приходится 30%. Однако доля трансграничного загрязнения этими металлами западных районов России значительно превышает

30%.

Фоновое загрязнение атмосферы

Фоновое техногенное загрязнение атмосферы формируется преимущественно под влиянием промышленных выбросов и условий регионального и глобального рассеяния загрязняющих

веществ в атмосфере.

Содержание диоксида серы в атмосфере фоновых районов европейской территории России в холодное время года изменяется от 0,0046 мг/м3 на северо-западе до 0,001 мг/м3 в юго-восточной части региона, сульфатов — от 0,01 до 0,007 мг/м3. В теплое время года концентрация диоксида серы в 2—8 раз ниже. Повышение концентраций зимой обусловлено ухудшением метеорологических условий рассеяния примесей, увеличением количества промышленных выбросов, замедлением химических процессов трансформации веществ при низкой температуре воздуха.

На азиатской территории России фоновые концентрации диоксида серы и сульфатов в равнинных районах достигают

0,001—0,002 мг/м3.

Среднегодовая фоновая концентрация свинца в атмосферных осадках на территории России составляет 1,5—2 мкг/л. В отдельные годы относительно высокое содержание свинца наблюдается в Центральном районе европейской территории России — 8,5 мкг/л.

Среднегодовая концентрация кадмия составляет 0,15—0,63 мкг/л; однако в Астраханской области она достигает 6,2 мкг/л. На Западном Кавказе содержание кадмия равно 4,3, в Центральном районе ЕТР — 0,38 мг/м3 (на подстилающей поверхности в фоновых районах).

Традиционное повышение содержания ртути в осадках наблюдается в юго-восточной части ЕТР и районах вокруг оз. Байкал — почти до 3 мкг/л. Годовой поток ртути в этих регионах составляет соответственно 0,71 и 0,92 мг/м2. В Центральном районе ЕТР концентрация ртути в осадках колебалась в пределах 0,13—0,33 мкг/л, а годовой поток не превышал

0,2 мг/м2.

фоновые станции на европейской территории России в отдельные годы отмечали увеличение концентрации соединений азота (нитратов, аммония) в осадках в 1,3—2 раза.

4—3497

97

По данным Росгидромета на территории России (за исключением Северо-Кавказского региона, Республики Калмыкия и Астраханской области) выпадает 4,22 млн. т серы, 1,25 млн. т нитратного азота и 4 млн. т суммарного азота (нитратного и аммонийного). Оценки годового выпадения соединений серы и азота по регионам России приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Годовое выпадение серы и азота на территории Российской Федерации [13]

Сера Нитратный Сумма со

Экономический а и

азот единений азота

район,республика, 3

край Е^

^г l Л 1 fr-CB ' л i i-

Я i л i i-

Я i-S u с у в е-s " Е Ч д S

Я U Я В и

i В! S

ВС -" 3 3

Ю t- 5 § Л Л Ш i- " ё 3 3

S E-

о

е; g g^

ч 3 s " s " °- 5 ^ U i- w g “

о 5

я я S“u Ч § "n § g s S. " ”

°- s ~u U i- a я is; u g

g §

S § |§'а Эй" & g '£

U t- ” S'5"

и § s а

1 2 3 4 5 6 7 8

Северный

Нет

Мурманская область 145 452 65,5 669,6 203 30,0 дан

ных

Республика Карелия, 1321 246 325,5 85 112,6 307 405,2

Республика Коми,

Архангельская и Во

логодская области

Северо-Западный 196 665 134,5 152 29,9 481 94,4

Центральный 485 653 317,3 236 115,0 698 339,4

Центральночерноземный 168 578 96,6 163 27,3 717 119,8

Волго-Вятский 263 478 125,8 165 43,4 479 126,0

ТТлип пчиркий

НиоиЛЛл^-лпН

(без Астраханской обл. и Республики 416 457 190,1 177 73,6 67,5 280,9

Калмыкия)

Уральский

Удмуртская Респуб 470 470 221,3 179 84,3 580 273,2

лика, Республика

Башкортостан, Перм

ская и Оренбургская области

98

Продолжение1 2 3 4 5 6 7 8

Свердловская и Челябинская области 283 746 211,0 161 45,5 532 150,6

Курганская область 71 590 41,9 139 9,9 452 32,1

Западно-Сибирский

Тюменская область 1435 212 305,0 83 119,6 294 421,8

Омская, Томская и Новосибирская об 635 344 218,7 168 106,8 346 220,1

ласти

Кемеровская область и Алтайский край 265 344 218,7 168 106,8 346 220,1

Республика Алтай 93 220 20,4 63 5,9 293 27,2

Восточно-Сибирский 4123 269 1109,6 55 225,4 174 716,4

Дальневосточный

Республика Саха (Якутия) 3103 60 187,8 21 64,9 95 295,4

Хабаровский край, Амурская, Камчатская и Магаданская 2860 143 409,4 34 97,4 104 297,3

области. Чукотский

авт.округ

Приморский край и Сахалинская область 237 397 94,2 83 19,7 318 75,3

Как видно из табл. 3.4, наибольшие нагрузки серы (55—740 кг/км2 в год) наблюдаются в густонаселенных и индустриальных районах страны. Среднегодовая нагрузка для ЕТР составляет (кг/км2): по сере — 426, нитратному азоту — 143, сумме соединений азота - 480, для азиатской территории России — соответственно 210, 57 и 178.

Высокие уровни среднегодового выпадения серы (550— 750 кг/км2) и суммы соединений азота (370—720 кг/км2) в виде значительных по площади ареалов (несколько тыс. км2) наблюдаются в густонаселенных и промышленных районах страны: в Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном, Уральском, в Кемеровской области. Алтайском крае и в районе Норильска. Локальные ареалы (площадью до 1 тыс. км2) с интенсивностью среднегодовых выпадений серы 1500— 3000 кг/км2 фиксируются в ближних следах металлургических и нефтеперерабатывающих предприятий, крупных ГРЭС, а также больших городов. Они отмечаются вокруг Мончегорска, Никеля,

99

Санкт-Петербурга, Омска, Норильска, Новокузнецка, Москвы, Красноярска, Иркутска и др. Максимальные уровни среднегодового выпадения азота в локальных ареалах (300— 600 кг/км2) отмечаются в Череповце, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Самаре, Уфе, Магнитогорске, Троицке, Челябинске, Екатеринбурге, Асбесте, Перми, Новосибирске, Барнауле, Новокузнецке, Иркутске и Ангарске. Среднегодовые значения регионального фона нагрузок атмосферных выпадений соединений серы и азота на большом (100 км и более) удалении от крупных промышленных источников выбросов в центре ЕТР для серы меняются в пределах 400—600 кг/км2, на севере они превышают 250 кг/км2, для нитратного азота значения регионального фона изменяются от 100 кг/км2 в центре ЕТР до 50 кг/км2 на севере. На азиатской территории России региональный фон среднегодовых выпадений серы и азота ниже, чем на европейской. Так, в промышленных регионах он составляет (кг/км2):

для серы — 200—300, нитратного азота — 50—100, суммы соединений азота — 150—200. Самые низкие в России среднегодовые уровни выпадений наблюдаются в Якутии: по сере — •50—120 кг/км2, нитратному азоту — 10—40 и сумме соединений азота — менее 150 кг/км2.

На территории большинства субъектов Российской Федерации выпадения серы и нитратного азота от собственных источников загрязнения не превышают 25% их суммарного выброса. Вклад собственных источников более 25% по сере наблюдается в Мурманской (70%), Свердловской (64%), Челябинской (50%), Тульской и Рязанской областях (по 40%), Красноярском крае (43% за счет Норильска).

Доля выпадений серы, обусловленная переносом воздушных масс из соседних областей, в большинстве случаев не превышает 50%. Однако в Белгородской, Курганской и Новгородской областях более половины всей массы выпадений вызвана переносом их из соседних областей.

На европейской территории России уровень критических нагрузок по выпадениям серы превышается лишь на локальных участках (Кольский п-ов, Ленинградская, Московская и Рязанская области), а по среднегодовым выпадениям азота (280— 700 кг/км2) — примерно на половине площади этой территории (Северо-Западный, Северный и Центральный экономические районы). Для Урала и азиатской территории России этот показатель не оценен из-за отсутствия данных по уровням критических нагрузок.

Большую долю в загрязнении атмосферы составляют выбросы вредных веществ от автомобилей. Сейчас на Земле эксплуатируется около 500 млн. автомобилей, а к 2000 г. ожидается

100

увеличение их числа до 900 млн. В 1997 г. в Москве эксплуатировались 2400 тыс. автомобилей при нормативе 800 тыс. автомобилей на действующие дороги.

В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26—30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): угарного газа — 700, диоксида азота — 40, несгоревших углеводородов — 230 и твердых веществ — 2—5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

Наблюдения показали, что в домах, расположенных рядом с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3—4 раза чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также водоемы, почву и растения.

Кислотность атмосферных осадков

Обзор данных по кислотности атмосферных осадков за год по 44 станциям Федеральной сети Росгидромета и некоторым пунктам региональной сети (исключая станции, расположенные в крупных городах и промышленных центрах) показал, что наибольшее количество кислых компонентов за этот год выпало вдоль западной границы Российской Федерации при переносе с запада и юго-запада теплых и влажных воздушных масс (табл. 3.5). По направлению с запада и северо-запада на восток и юго-восток ЕТР кислотность осадков и их количество заметно уменьшаются. Общую тенденцию к повышению щелочности осадков можно объяснить постепенным возрастанием континентального климата и увеличением сухости воздуха.

Зимой на Среднерусской возвышенности, большей части Приволжской и на юге лесостепной зоны величина рН колебалась около 5.

Кислотность атмосферных осадков уменьшается на побережье северных, западно- и восточно-сибирских морей. Осадки, выпадающие в Западной и Восточной Сибири, обладают пониженной кислотностью, что связано с повышенной и устойчивой запыленностью воздуха в этих районах.

Результаты наблюдений за единичными значениями величины рН осадков показывают, что направленных региональных

101

изменений их кислотности на территории РФ в 1997 г. не произошло. Крайние значения этой величины изменились более чем в 100 раз на ЕТР и почти в 1000 раз в Западной и Восточной Сибири, причем при осреднении соответствующих данных за 30-летний период кислотность осадков находилась в пределах одного порядка измеряемой величины.

Пространственно зоны выпадения осадков с повышенной кислотностью (рН<4) в основном сохранились: северо-запад РФ, Предуралье, западные и центральные районы Воронежской, Ростовской и Волгоградской областей, акватории Финского залива и Ладожского озера. Именно к этим районам относятся минимальные значения рН осадков (см. табл. 3.5).

Таблица 3.5

Кислотность атмосферных осадков по регионам Российской Федерации [13]

Величина рН* осадков Сумма ионов

Регион

кдглцн” МИНЦ макси

мальная мальная средняя МГ/Л

Север и Северо-Запад ЕТР Центр ЕТР 3,1 3,4 6,2 6,3 5,4 5,5 12,5 17,3

Юг ЕТР Урал и Предуралье 3,2 3,1 7,0

7,1 6,9

5,7 20,2 21,4

Центр Западной и Восточной Сибири 4,0 7,2 5,6 16,0

Юг западной и Восточной Сибири 4,2 7,5 6,2 22,6

Побережье северных и северо-восточных морей 3,6 7,0 5,8 19,7

* рН — кислотность. Например, для кожи она считается нормальной в пределах от 4,6 до 5,8. При значении выше 5,8 начинается раздражение кожи, слизистой дыхательных путей, глаз.

Источники загрязнения атмосферы

К природным источникам загрязнения относятся: извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется со временем.

102

Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека. К ним следует отнести:

1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. т углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860—1960 гг.) содержание С0>2 увеличилось на 18% (с 0,027 до 0,032%). За последние три десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. При таких темпах к 2000 г. количество углекислого газа в атмосфере составит не менее 0,05%.

2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

4. Производственная деятельность.

5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора).

6. Выбросы предприятиями различных газов.

7. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется самый массовый загрязнитель — монооксид углерода.

8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

9. Вентиляционные выбросы (шахтные стволы).

10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м3. В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

Способы очистки газовых выбросов в атмосферу

Абсорбционный способ очистки газов, осуществляемый в установках-абсорберах, наиболее прост и с высокой степенью очистки, однако требует громоздкого оборудования и очистки поглощающей жидкости. Основан на химических реакциях между газом, например, сернистым ангидридом, и поглощающей суспензией (щелочной раствор: известняк, аммиак, известь). При этом способе на поверхность твердого пористого тела (адсорбента) осаждаются газообразные вредные примеси. Последние могут быть извлечены с помощью десорбции при нагревании водяным паром.

103

Способ окисления горючих углеродистых вредных веществ в воздухе заключается в сжигании в пламени и образовании COz и воды, способ термического окисления — в подогреве и подаче в огневую горелку.

Каталитическое окисление с использованием твердых катализаторов заключается в том, что сернистый ангидрид проходит через катализатор в виде марганцевых составов или серной кислоты.

Для очистки газов методом катализа с использованием реакций восстановления и разложения применяют восстановители (водород, аммиак, углеводороды, монооксид углерода). Нейтрализация оксидов азота NOx достигается применением метана с последующим использованием оксида алюминия для нейтрализации на втором этапе образующегося монооксида углерода.

Для очистки от СО и NOx отработанных газов дизельных автомобилей применяют аналогичный метод, например, для работающих в карьерах автосамосвалов БелАЗ-540А.

Каталитический способ заключается в разложении озона с серебряно-пиролюзитовым (серебряно-марганцевым) катализатором.

Перспективен сорбционно-каталитический способ очистки особо токсичных веществ при температурах ниже температуры катализа.

Адсорбционно-окислительный способ также представляется перспективным. Он заключается в физической адсорбции малых количеств вредных компонентов с последующим выдуванием адсорбированного вещества специальным потоком газа в реактор термокаталитического или термического дожигания.

В крупных городах для снижения вредного влияния загрязнения воздуха на человека применяют специальные градостроительные мероприятия: зональную застройку жилых массивов, когда близко к дороге располагают низкие здания, затем — высокие и под их защитой — детские и лечебные учреждения; транспортные развязки без пересечений, озеленение.

Охрана атмосферного воздуха

Атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды.

Закон “Об охране атмосферного воздуха” всесторонне охватывает проблему. Он обобщил требования, выработанные в предшествующие годы и оправдавшие себя на практике. Например, введение правил о запрещении ввода в действие любых

104

производственных объектов (вновь созданных или реконструированных), если они в процессе эксплуатации станут источниками загрязнений или иных отрицательных воздействий на атмосферный воздух. Получили дальнейшее развитие правила о нормировании предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

Ученые создали научную концепцию гигиенического нормирования допустимых уровней воздействия вредных факторов химической, физической и биологической природы. Разрабатываются регламенты допустимых уровней.

Государственным санитарным законодательством только для атмосферного воздуха были установлены ПДК для большинства химических веществ при изолированном действии и для их комбинаций.

Гигиенические нормативы — это государственное требование к руководителям предприятий. За их выполнением должны следить органы государственного санитарного надзора Министерства здравоохранения и Государственный комитет по экологии.

Большое значение для санитарной охраны атмосферного воздуха имеет выявление новых источников загрязнения воздушной среды, учет проектируемых, строящихся и реконструируемых объектов, загрязняющих атмосферу, контроль за разработкой и реализацией генеральных планов городов, поселков и промышленных узлов в части размещения промышленных предприятий и санитарно-защитных зон.

Санитарно-эпидемиологическая служба должна осуществлять надзор за новым строительством и реконструкцией промышленных объектов, проектированием и строительством га-зопылеочистных сооружений на действующих предприятиях, а также проверку проектных институтов и надзор за изменением технологического профиля предприятий. Органы этой службы вправе запретить эксплуатацию действующих предприятий, цехов и отдельных установок при отсутствии сооружений, очищающих и обеззараживающих выбросы.

В Законе “Об охране атмосферного воздуха” предусматриваются требования об установлении нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Такие нормативы устанавливаются для каждого стационарного источника загрязнения, для каждой модели транспортных и других передвижных средств и установок. Они определяются с таким расчетом, чтобы совокупные вредные выбросы от всех источников загрязнения в данной местности не превышали нормативов ПДК загрязняющих веществ в воздухе. Предельно допустимые выбросы устанавливаются только с учетом предельно допустимых концентраций.

105

Закон запрещает внедрение в практику открытий, изобретений, рационализаторских предложений и новых технических систем, а также приобретение за рубежом, ввод в эксплуатацию и использование технологических процессов, оборудования и других объектов, если они не удовлетворяют установленным в странах СНГ требованиям по охране воздуха.

Очень важны требования Закона, относящиеся к применению средств защиты растений, минеральных удобрений и других препаратов. Все законодательные меры составляют систему профилактического характера, направленную на предупреждение загрязнения воздушного бассейна.

Закон предусматривает не только контроль за выполнением его требований, но и ответственность за их нарушение. Специальная статья определяет роль общественных организаций и граждан в осуществлении мероприятий по охране воздушной среды, обязывает их активно содействовать государственным органам в этих вопросах, так как только широкое участие общественности позволит реализовать положения этого закона. Так, в нем сказано, что государство придает большое значение сохранению благоприятного состояния атмосферного воздуха, его восстановлению и улучшению для обеспечения наилучших условий жизни людей — их труда, быта, отдыха и охраны здоровья.

Предприятия или их отдельные здания и сооружения, технологические процессы которых являются источником выделения в атмосферный воздух вредных и неприятно пахнущих веществ, отделяют от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Размер этих зон до границы жилой застройки устанавливают: а) для предприятий с технологическими процессами, являющимися источниками загрязнения атмосферного воздуха вредными и неприятно пахнущими веществами, — непосредственно от источников загрязнения атмосферы сосредоточенными (через трубы, шахты) или рассредоточенными (через фонари зданий и др.) выбросами, а также от мест загрузки сырья или открытых складов; б) для тепловых электрических станций, производственных и отопительных котельных — от дымовых труб.

В соответствии с санитарной классификацией предприятий, производств и объектов приняты следующие размеры санитар-но-защитных зон для предприятий.

II 500

III 300

IV 100

V 50

Класс предприятия ............ I

Расстояние, м ................. 1000

Санитарно-защитная зона для предприятий и объектов может быть увеличена при необходимости и надлежащем обосно-

106

вании не более чем в 3 раза в зависимости от следующих причин: а) эффективности предусмотренных или возможных для осуществления методов очистки выбросов в атмосферу; б) отсутствия способов очистки выбросов; в) размещения жилой застройки при необходимости с подветренной стороны по отношению к предприятию в зоне возможного загрязнения атмосферы; г) розы ветров и других неблагоприятных местных условий (например, частые штили и туманы); д) строительства новых, еще недостаточно изученных вредных в санитарном отношении производств.

Размеры санитарно-защитных зон для отдельных групп или комплексов крупных предприятий химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности, а также тепловых электрических станций с выбросами, создающими большие концентрации различных вредных веществ в атмосферном воздухе и оказывающими особо неблагоприятное влияние на здоровье и санитарно-гигиенические условия жизни населения, устанавливают в каждом конкретном случае по совместному решению Минздрава и Госстроя России.

Размеры санитарно-защитных зон для предприятий, зданий и сооружений, где осуществляются работы с применением радиоактивных веществ, должны соответствовать санитарным правилам работы с радиоактивными веществами и источниками ионизирующих излучений.

Размер санитарно-защитных зон для расчета рассеивания в атмосфере вредных веществ определяют с учетом суммарного загрязнения наружного воздуха как технологическими и вентиляционными выбросами, так и существующими (фоновыми) загрязнениями. Величину фоновых загрязнений атмосферного воздуха в районе предполагаемого строительства или реконструкции предприятия устанавливают местные органы санитар-но-эпидемиологической и гидрометеорологической служб и представляют свои данные проектным организациям для расчета санитарно-защитных зон.

Для повышения эффективности санитарно-защитных зон на их территории высаживают древесно-кустарниковую и травянистую растительность, снижающую концентрацию промышленной пыли и газов. В санитарно-защитных зонах предприятий, интенсивно загрязняющих атмосферный воздух вредными для растительности газами, следует выращивать наиболее газоустойчивые деревья, кустарники и травы с учетом степени агрессивности и концентрации промышленных выбросов. Особо вредны для растительности выбросы предприятий химической промышленности (сернистый и серный ангидрид, серово-

107

дород, серная, азотная, фтористая и бромистая кислоты, хлор, фтор, аммиак и др.), черной и цветной металлургии, угольной и теплоэнергетической промышленности.

Озоновый слой Земли

Озоновый слой Земли — это слой атмосферы, близко совпадающий со стратосферой, лежащий между 7—8 (на полюсах), 17—18 (на экваторе) и 50 км над поверхностью планеты и отличающийся повышенной концентрацией молекул озона, отражающих жесткое космическое излучение, гибельное для всего живого на Земле. Его концентрация на высоте 20—22 км от поверхности Земли, где она достигает максимума, ничтожно мала. Эта естественная защитная пленка очень тонка: в тропиках ее толщина составляет всего 2 мм, у полюсов она вдвое больше.

Активно поглощающий ультрафиолетовое излучение озоновый слой создает оптимальные световой и термические режимы земной поверхности, благоприятные для существования живых организмов на Земле. Концентрация озона в стратосфере непостоянна, увеличиваясь от низких широт к высоким, и подвержена сезонным изменениям с максимумом весной.

Своему существованию озоновый слой обязан деятельности фотосинтезирующих растений (выделение кислорода) и действию на кислород ультрафиолетовых лучей: ЗОг+285кДж= 20з.

Он защищает все живое на Земле от губительного действия этих лучей. Молекула газа озона содержит три атома кислорода (Оз) в отличие от обычной, двухатомной, молекулы кислорода (Оз). Предполагается, что глобальное загрязнение атмосферы некоторыми веществами (фреонами, оксидами азота и др.) может нарушить функционирование озонового слоя Земли.

Главную опасность для атмосферного озона составляет группа химических веществ, объединенных термином “хлор-фторуглероды” (ХФУ), называемых также фреонами. В течение полувека эти химикаты, впервые полученные в 1928 г., считались чудо-веществами. Они нетоксичны, инертны, чрезвычайно стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и хранении. И поэтому сфера применения ХФУ динамично расширялась. В массовых масштабах их начали использовать в качестве хладагентов при изготовлении холодильников. Затем они стали применяться в системах кондиционирования воздуха, а с началом всемирного аэрозольного бума получили самое широкое распространение. Фреоны оказались очень эффективны при промывке деталей в электронной промышленности, а также нашли широкое применение в производстве пе-

108

нополиуретанов. Пик их мирового производства пришелся на 1987—1988 гг. и составил около 1,2—1,4 млн. т в год, из которых на долю США приходилось около 35%.

Механизм действия фреонов следующий. Попадая в верхние слои атмосферы, эти инертные у поверхности Земли вещества становятся активными. Под воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в их молекулах нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона “вышибает” из нее один атом. Озон перестает быть озоном, превращаясь в кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, опять оказывается свободным и “пускается в погоню” за новой “жертвой”. Его активности и агрессивности хватает на то, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона.

Активную роль в образовании и разрушении озона играют также оксиды азота, тяжелых металлов (меди, железа, марганца), хлор, бром, фтор. Поэтому общий баланс озона в стратосфере регулируется сложным комплексом процессов, в которых значительными являются около 100 химических и фотохимических реакций. С учетом сложившегося в настоящее время газового состава стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70% озона разрушается по азотному циклу, 17— по кислородному, 10 — по водородному, около 2 — по хлорному и другим и около 1,2% поступает в тропосферу.

В этом балансе азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты участвуют как бы в виде катализаторов, не меняя своего “содержания”, поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению из нее, существенно сказываются на содержании озона. В связи с этим попадание в верхние слои атмосферы даже относительно небольших количеств таких веществ может устойчиво и долгосрочно влиять на установившийся баланс, связанный с образованием и разрушением озона.

Нарушить экологический баланс, как показывает жизнь, совсем несложно. Неизмеримо сложнее восстановить его. Озоно-разрушающие вещества на редкость стойки. Различные виды фреонов, попав в атмосферу, могут существовать в ней и творить свое разрушительное дело от 75 до 100 лет.

Малозаметные поначалу, но накапливающиеся изменения озонового слоя привели к тому, что в Северном полушарии в зоне от 30 до 64-го градуса северной широты с 1970 г. общее содержание озона сократилось на 4% зимой и на 1% летом. Над Антарктидой — а именно здесь впервые была обнаружена “пробоина” в озоновом слое — каждую полярную весну открывается огромная “дыра”, с каждым годом все увеличивающаяся. Если в 1990—1991 гг. размеры озоновой “дыры” не

109

превышали 10,1 млн. км2, то в 1996 г., как сообщает бюллетень Всемирной метеорологической организации (ВМО), ее площадь уже составляла 22 млн. км2. Эта площадь в 2 раза больше площади Европы. Количество озона над шестым континентом было вполовину ниже нормативного.

Более 40 лет МВО наблюдает за озоновым слоем над Антарктидой. Феномен регулярного образования “дыр” именно над ней и Арктикой объясняется тем, что озон особенно легко уничтожается при низких температурах.

Впервые беспрецедентная по своим масштабам озоновая аномалия в Северном полушарии, “накрывшая” гигантскую площадь от побережья Ледовитого океана до Крыма, была зафиксирована в 1994 г. Озоновый слой угасал на 10—15%, а в отдельные месяцы — на 20—30%. Однако даже эта — исключительная картина не говорила о том, что вот-вот грянет еще более масштабная катастрофа.

И тем не менее уже в феврале 1995 г. ученые Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) Росгидромета зарегистрировали катастрофическое падение (на 40%) озона над районами Восточной Сибири. К середине марта ситуация еще более осложнилась. Это означало только одно — над планетой образовалась еще одна озоновая “дыра”, площадь которой приведена на рис. 3.9. Однако сегодня трудно говорить о периодичности появления этой “дыры”. Будет ли она увеличиваться и какую территорию захватит — это покажут наблюдения.

Происшедшее в Восточной Сибири аномальное явление вызвало настоящий шок у мировой научной общественности. На проходившей недавно в Греции международной конференции достаточно активно обсуждалась, в частности. Сибирская аномалия. Однако там не было выработано единого мнения о причинах возникновения подобных явлений.

Если составить хронологию озоновых потрясений, то вырисовывается довольно мрачный сюжет. В 1985 г. над Антарктидой исчезла почти половина озонового слоя, при этом появилась “дыра”, которая через два года расползлась на десятки миллионов квадратных километров и вышла за пределы шестого континента. С 1986 г. истощение озона не только продолжалось, но и резко усиливалось — он улетучивался в 2—3 раза быстрее, чем прогнозировали ученые. В 1992 г. озоновый слой уменьшился не только над Антарктидой, но и над другими районами планеты. В 1994 г. была зарегистрирована гигантская аномалия, захватившая территории Западной и Восточной Европы, Северной Азии и Северной Америки.

Если вникнуть в эту динамику, то складывается впечатление, что атмосферная система действительно вышла из равновесия и

110

Рис. 3.9 Озоновая “дыра” над Восточной Сибирью

неизвестно, когда стабилизируется. Возможно, озоновые метаморфозы в какой-то мере есть отражение длительных циклических процессов, о которых мы мало что знаем. Для объяснения нынешних озоновых пульсаций нам не хватает данных. Быть может, они естественного происхождения, и, возможно, со временем все утрясется.

Многие страны мира разрабатывают и осуществляют мероприятия по выполнению Венских конвенций об охране озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

В чем заключается конкретность мер по сохранению озонового слоя над Землей?

Согласно международным соглашениям промышленно развитые страны полностью прекращают производство фреонов и тетрахлорида углерода, которые также разрушают озон, а развивающие страны — к 2010 г. Россия из-за тяжелого финансово-экономического положения попросила отсрочки на 3—4 года.

Вторым этапом должен стать запрет на производство метил-бромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых в промышленно развитых странах с 1996 г. заморожен, гидро-фреоны полностью снимаются с производства к 2030 г. Однако развивающиеся страны до сих пор не взяли на себя обязательств по контролю над этими химическими субстанциями.

Восстановить озоновый слой над Антарктидой при помощи запуска специальных воздушных шаров с установками для

111

производства озона надеется английская группа защитников окружающей среды, которая называется “Помогите озону”. Один из авторов этого проекта заявил, что озонаторы, работающие от солнечных батарей, будут установлены на сотнях шаров, наполненных водородом или гелием.

Несколько лет назад была разработана технология замены фреона специально подготовленным пропаном. Ныне промышленность уже на треть сократила выпуск аэрозолей с использованием фреонов. В странах ЕЭС намечено полное прекращение использования фреонов на заводах бытовой химии и т.д.

Разрушение озонового слоя — один из факторов, вызывающих глобальное изменение климата на нашей планете. Последствия этого явления, названного “парниковым эффектом”, крайне сложно прогнозировать. А ведь ученые с тревогой говорят и о возможности изменения количества осадков, перераспределении их между зимой и летом, о перспективе превращения плодородных регионов в засушливые пустыни, повышении уровня Мирового океана в результате таяния полярных льдов.

Последствия разрушения озонового слоя можно проиллюстрировать примерами. Так, 1%-ное сокращение озонового слоя вызывает 4% -ный скачок в распространении рака кожи. Вызывая рак кожи и ее старение, ультрафиолетовые лучи одновременно подавляют иммунную систему, что приводит к возникновению инфекционных, вирусных, паразитарных и других заболеваний, к которым относятся корь, ветряная оспа, малярия, лишай, туберкулез, проказа и др. Десятки миллионов жителей планеты полностью или частично потеряли зрение из-за катаракты — болезни, которая возникает в результате повышенной солнечной радиации.

Рост губительного воздействия ультрафиолетового излучения вызывает деградацию экосистем и генофонда флоры и фауны, снижает урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность Мирового океана.

К ультрафиолетовым лучам очень чувствительны хвойные деревья и злаки, овощи, бахчевые культуры, сахарный тростник и бобовые. Данные экспериментов свидетельствуют о том, что рост некоторых растений сдерживается существующим уровнем радиации.

3.4. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ОХРАНА ВОД Гидросфера как природная система

Гидросфера — это прерывистая водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, континентальных вод (включая

112

подземные) и ледяных покровов. Моря и океаны занимают около 71% земной поверхности, в них сосредоточено около 1,4-Ю9 км3 воды, что составляет 96,5% всего объема гидросферы. Суммарная площадь всех водоемов суши составляет менее 3% ее площади. На долю ледников приходится 1,6% запасов воды в гидросфере, а их площадь составляет около 10% площади континентов.

Важнейшее свойство гидросферы — единство всех видов природных вод (Мирового океана, вод суши, водяного пара в атмосфере, подземных вод), которое проявляется в процессе круговорота воды в природе. Движущими силами этого глобального процесса служат поступающая на поверхность Земли тепловая энергия Солнца и сила тяжести, обеспечивающие перемещение и возобновление природных вод всех видов.

Под воздействием тепловой энергии Солнца с поверхности Мирового океана и континентов ежегодно испаряются 577 км3 воды (слой 1130 мм), перемещаемой вместе с воздушными массами. Часть воды возвращается в Мировой океан в виде выпадающих атмосферных осадков, формирующих звено малого круговорота воды в природе. Другая часть также в виде атмосферных осадков перемещается воздушными течениями на континенты, образуя звено большого круговорота воды в природе, в котором участвуют испарение с поверхности суши и атмосферные осадки, а также речной сток, частично возвращающийся в Мировой океан. Большой и малый круговороты воды в природе обеспечивают единство всех видов воды в гидросфере. Большую часть поверхности суши (около 78%) составляют периферийные области, сообщающиеся с Мировым океаном, а 22% приходится на долю областей внутреннего замкнутого стока, влага которых попадает в Мировой океан в общем потоке атмосферного водяного пара.

Испарение с поверхности Мирового океана и с земной поверхности является начальным звеном круговорота воды в природе, обеспечивающим не только возобновление наиболее ценного его компонента — пресных вод суши, но и их высокое качество. Показателем активности водообмена природных вод служит большая скорость их возобновления, хотя различные природные воды возобновляются (замещаются) с неодинаковой скоростью. Наиболее мобильный агент гидросферы — речные воды, период возобновления которых составляет 10—14 суток.

Вода выступает в качестве одного из важнейших экзогенных факторов, видоизменявших лик земной поверхности. Теплоемкость воды в 3300 раз больше теплоемкости воздуха. Поглощая огромное количество тепловой энергии и медленно ее отдавая,

113

вода служит регулятором климатических процессов глобального масштаба.

Одним из основных свойств воды как компонента эколого-географической среды является ее незаменимость. Из многочисленных видов минерально-сырьевых ресурсов большинство взаимозаменяемо. В топливно-энергетическом цикле каменный уголь заменяется нефтью, нефть — газом, многие виды цветных металлов также в ряде случаев взаимозаменяемы, например, никель — хромом, медь — алюминием и т.д.

Для того чтобы показать роль гидросферы относительно других оболочек Земли, приведем балансовые оценки их массы (г): литосфера — 5,98-Ю27, гидросфера — 1,4-Ю24, атмосфера — 5,2-Ю21, биосфера —1,5-Ю17. Различные сферы Земли обладают неодинаковой массой. При этом масса литосферы, включающая в себя вещество горных пород земной коры и верхнюю часть мантии, значительно превосходит массу гидросферы, атмосферы и биосферы.

Из приведенных данных следует, что атмосфера и тесно связанная с ней гидросфера составляют по массе незначительную часть нашей планеты. Однако их роль в развитии жизни на Земле и в деятельности человеческого общества чрезвычайно велика. Наличие гидросферы, атмосферы и биосферы — особенность нашей планеты, отличающая ее от других планет Солнечной системы. Гидросфера является важнейшим свидетельством термической эволюции Земли, поскольку вода может находиться в трех различных состояниях — жидком, твердом и газообразном. Запасы воды в земной коре мощностью до 35 км, не участвующие в круговороте, по современным оценкам, составляют около 1 млрд. км3. Преобладающая часть гидросфер-ных вод сосредоточена в Мировом океане, который является основным замыкающим звеном круговорота воды в природе. Он отдает большую часть испаряющейся влаги в атмосферу. Водные организмы, населяющие поверхностный слой Мирового океана, обеспечивают возврат в атмосферу значительной части свободного кислорода планеты.

Различные части гидросферы связаны друг с другом процессом круговорота воды в природе, однако скорость их природного возобновления неодинакова. Основная масса гидросферы сосредоточена в океанах и морях (1,35-Ю9 км3). Мировой океан является замыкающим звеном круговорота воды в природе. Его огромный объем свидетельствует о неисчерпаемости водных ресурсов планеты. Кроме того. Мировой океан является коллектором речных вод суши, ежегодно принимая около 39 тыс. км3 воды. Наметившееся в отдельных районах загрязнение Мирового океана грозит нарушить естественный процесс

114

влагооборота в его наиболее ответственном звене — испарении с поверхности океана. Основная часть вековых запасов пресных вод суши (29-106 км3) сконцентрирована в ледниковых покровах Антарктиды и Гренландии (табл. 3.6), которые рассматриваются в качестве реликтов последнего оледенения. Подземные воды суши по своему объему в гидросфере занимают третье место (9,5-Ю6 км3), однако в активный водообмен вовлечена относительно небольшая их часть.

Таблица 3.6

Сравнительное распределение запасов пресной воды у поверхности Земли (без ее запасов в горных породах) [29]Местоположение Запасы воды

% KM'-IO6

75

11

13,6 0,3 0,03 0,06 0,035

29

4,2

5,3

0,12

0,12

0,24

0,13

Полярные льды и горные ледники

Грунтовые воды на глубинах, м:

750

750—4000 Озера Реки Почвы Атмосфера

39

Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды). Хотя их доля в общей массе гидросферы невелика (менее 0,4%), высокая активность во-дообмена многократно увеличивает их запасы. Под активностью водообмена понимается скорость возобновления отдельных водных ресурсов гидросферы, которая выражается числом лет (или суток), необходимых для полного возобновления водных ресурсов. Для различных компонентов гидросферы активность водообмена меняется в весьма широких пределах. По данным М. И. Львовича (1986 г.), для Мирового океана она составляет 3000 лет, для подземных вод — 5000 (в том числе зоны активного водообмена — 300 лет), для полярных ледников — 8000 лет.

115

Особенно интенсивно используются речные воды. Несмотря на то, что в руслах рек содержится всего 1200 км3 воды, высокая активность водообмена речных вод (один раз в 11—14 дней) умножает их ресурсы. К этому следует добавить ежегодно возобновляемый полезный объем водохранилищ мира, оцениваемый в 3200 км3. Еще большая активность водообмена присуща запасам влаги в атмосфере, которые обновляются каждые 8—10 дней (36—38 раз в году). Благодаря этому 25-миллиметровый слой водяного пара в атмосфере обеспечивает не только физиологические потребности человека, но и нормальное функционирование многочисленных экосистем на Земле.

Исходя из многолетних наблюдений среднегодовой суммарный сток рек Российской Федерации составляет 4270 км3, в том числе из сопредельных территорий в Россию поступают 230 км3.

На бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов приходится 90% общего годового объема речного стока. Российская Федерация в целом богата ресурсами пресной воды — в расчете на одного жителя приходится 28 500 мЭ/год. Однако распределение речного стока по территории крайне неравномерно и не соответствует численности населения и размещению промышленных предприятий. Так, водообеспеченность на 1 км2 территории колеблется от 125 тыс. м3 в Центральночерноземном районе до 576,5 — в Волго-Вятском, а на одного жителя — от 2700 м3 в Центрально-Черноземном до 90 600 — в Северном. Недостаточно обеспечены собственными водными ресурсами Астраханская, Белгородская, Воронежская, Липецкая, Курская и Ростовская области, Калмыкия и некоторые другие регионы.

Общая относительно благополучная ситуация с водными ресурсами объясняется в основном наступлением повышенной фазы водности на многих реках Российской Федерации и поэтому не дает никаких оснований принижать серьезность водной проблемы. Под влиянием хозяйственной деятельности продолжалось прогрессирующее снижение водных ресурсов южных рек страны. К настоящему времени уменьшение ежегодного стока крупных южных рек России под влиянием антропо-генных факторов в среднем составляет от 10% (р. Волга) до 25—40% (реки Дон, Кубань, Сулак, Терек).

Процесс интенсивной деградации малых рек России продолжается, поскольку антропогенная нагрузка на них особенно резко возросла у последние 10—15 лет. В этот период помимо снижения их стока происходили деградация русел и активное заиливание. Наиболее интенсивные процессы наблюдались в

116

лесостепной и степной зонах (Калмыкия, Татарстан, Белгородская, Воронежская, Саратовская и Волгоградская области), в индустриальных районах Урала (Пермская, Свердловская, Челябинская области и Башкортостан) и вблизи крупнейших промышленных центров (Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Кемерово и др.).

Загрязнение поверхностных вод

Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высоким уровнем загрязненности воды (более 10 ПДК) и числа случаев экстремально высокого содержания (свыше 100 ПДК) загрязняющих веществ в водных объектах.

Состояние водных источников (поверхностных и подземных) и систем централизованного водоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (низовья Волги, Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это состояние достигло опасного уровня для здоровья населения.

Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ вносится в водоисточники с поверхностным и ливневым стоками с территорий санитарно неблагоустроенных населенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период весеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах, в том числе в Москве. В связи с этим проводится гиперхлорирование питьевой воды, что, однако небезопасно для здоровья населения в связи с образованием хлорорганических соединений.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами поверхностных вод России остаются нефтепродукты, фенолы, легкокисляемые органические вещества, соединения металлов, аммонийный и нитритный азот. Во многих водоемах зарегистрированы повышенные концентрации специфических загрязняющих веществ: лигнина, ксантогенатов, формальдегида и др. Основным источником этих загрязнений являются сточные воды различных производств, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностный сток. Существенное влияние на содержание загрязняющих веществ в поверхностных водах оказывают вторичные процессы.

Из-за нестабильной работы большинства предприятий, их тяжелого финансового положения, а также неудовлетворитель-

117

ного бюджетного финансирования выполнение водоохранных мероприятий в стране ведется крайне низкими темпами.

Основные реки — Волга, Дон, Кубань, Обь, Енисей, Лена, Печора — оцениваются как “загрязненные”, и крупные притоки — Ока, Кама, Томь, Иртыш, Тобол, Миасс, Исеть, Тура — как “сильно загрязненные”. К этой же категории относится и Урал. Неблагополучно состояние малых рек, особенно в зонах крупных промышленных центров, из-за поступления в них с поверхностным стоком и сточными водами больших количеств загрязняющих веществ. Значительный ущерб малым рекам наносится в сельской местности из-за нарушения режима хозяйственной деятельности в водоохранных зонах и попадания в водотоки органических и минеральных загрязнений, а также смыва почвы в результате водной эрозии.

Из общего объема сточных вод 62,1 км3 около 40% отнесены к категории “загрязненных”, из которых 51% сброшены предприятиями коммунального хозяйства и 35% — промышленными предприятиями.

Годовая масса сброса основных загрязняющих веществ (нефтепродукты, взвешенные вещества, фосфор, фенол, СПАВ, соединения меди, железа и цинка) составляет 784 тыс. т, что приводит к увеличению степени загрязненности поверхностных вод. На рис. 3.10 приведено распределение массы сброса сточных вод по бассейнам основных рек России.

20

" 16

а

Всего

12

Загрязненные

Нормативно-очищенные

S

^

g sh

u

ю о

D.

Волга Кама Ока Кубань Дон Урал Обь Иртыш Томь Рис. 3.10. Сброс сточных вод в водные объекты России

118

Основная часть дренажных вод с орошаемых земель загрязнена соединениями азота, фосфора и пестицидами.

В водах рек России концентрация радионуклидов в последние годы остается на одном и том же уровне.

Качество питьевой воды, подаваемой населению, практически не улучшается. Около 22—23% исследованных проб не отвечает гигиеническим требованиям, из них 12—13% — по микробиологическим показателям.

Около 1/3 населения используют для питья воду из децентрализованных источников. Анализ воды таких источников показал, что 28% проб из числа исследованных не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим, а 29,4% — по бактериологическим показателям. В целом около 50% населения России использует для питья воду, не соответствующую гигиеническим требованиям по различным показателям качества.

Особенно тяжелое положение сложилось в Архангельской, Калининградской, Калужской, Курской, Томской и Ярославской областях, Приморском крае, Дагестане, Калмыкии и Карачаево-Черкессии.

Тревожным является тот факт, что около 21% коммунальных и около 20% ведомственных водопроводов подают населению воду без обеззараживания из-за отсутствия специальных установок. Это создает благоприятные условия для возникновения эпидемий.

В Калининградской, Калужской, Курской, Саратовской, Смоленской и Читинской областях от 31 до 64% источников питьевого водоснабжения не имеют зон санитарной охраны.

Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной и целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий. Существенное влияние на содержание биогенных и органических веществ оказывают сельскохозяйственные угодья, а также пастбища и животноводческие фермы.

Современный уровень очистки сточных вод таков, что даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирова-ния водоемов.

Во многих водных объектах концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, установленные санитарными и ры-боохранными правилами. Результаты анализа проб, взятых в поверхностных водах, приведены в табл. 3.7.

119

Таблица 3.7

Количество сброшенных со сточными водами продуктов, загрязняющих водные объекты [26]Загрязнители Доля проб воды, загрязненной выше ПДК, % Масса сброшенных загрязняющих продуктов, тыс. т

Нефтепродукты 40—45 30,3

Органические вещества 30—35 —

Взвешенные вещества — 1203

Фенолы 45—60 0,3

Анион-активные детергенты (СПАВ) 6—8 11

Аммонийный азот 25—40 190,7

Соединения:

меди 70—75 0,8

цинка 30—35 2,1

железа — 49,2

Примечание. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязнения поверхностных вод приведены в табл. 3.8.

Таблица 3.8

Предельно допустимые концентрации некоторых веществ в водоемах для общественного и бытового использования, мг/л[26]Вещество ПДК Вещество ПДК

Аммиачная селитра 2,0 Ионы нитратов 10

Аммиак 0,39 Ионы нитритов 1,0

Анилин 0,1 Селитряной азот 0,02

Бензапирен 0,000005 Ртуть 0,0005

ДДТ 0,1 Свинец 0,03

Сера 0,001 Ионы сульфатов 500

Ксантогеновые соединения 0,001 СПАВ(анионы) 0,5

Кадмий 0,01 Фенолы 0,001

Лигнин 1,6 Хром (шестивалентный) 0,05

Марганец 0,01 Цинк 0,01

Медь 1,0 Циклогексан 0,1

Никель 0,1

120

Загрязнение подземных вод

Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В 1996 г. было выявлено около 1200 очагов загрязнения подземных вод, из которых 75% приходилось на наиболее заселенную часть Российской Федерации. Ухудшение качества подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения, отмечено в 60 городах. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

В России для хозяйственно-питьевого, производственно-технического водоснабжения и орошения земель разведано 3196 месторождений подземных вод и их участков, эксплуатационные запасы которых составляют 26,7 кмЗ/год. Из этого количества около 18,2 кмЭ/год подготовлено для промышленного освоения. Степень освоения запасов в среднем по стране не превышает 33%. Ежегодно используется около 12 км3 подземных вод, в том числе на хозяйственно-питьевое водоснабжение — 75%, на производственно-технические цели — 21, на орошение земель и обводнение пастбищ — 4%.

Подземные воды (особенно верхних, неглубоко залегающих горизонтов) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее воздействие хозяйственной деятельности человека. По данным производственных геологических организаций Роскомнедра, выявлено около 760 очагов загрязнения подземных вод, где оно носит устойчивый характер и наблюдается на протяжении ряда лет. В число загрязненных объектов входят 70 питьевых водозаборов, в том числе в Каменск-Шахтинском, Орле, Тамбове, Туле, Уфе и других городах, где отмечено ухудшение качества воды. На 320 объектах загрязнение связано с деятельностью предприятий.

Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шламонакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, неканализированных населенных пунктов.

Ухудшение качества воды происходит в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров.

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают:

нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Для 30% выявленных участков загрязнения подземных вод ин-

121

тенсивность загрязнения изменяется в пределах 1—100 ПДК, для 12% превышает 100 ПДК по тому или иному веществу.

Перечень веществ, контролируемых в подземных водах, не регламентирован, поэтому нельзя составить точную картину о загрязнении подземных вод.

Методы очистки вод

Очистка сточных вод от крупных твердых веществ производится на сетках и решетках, от мелких частиц — в гидроциклонах. Для очистки тонких твердых веществ сточные воды пропускают через фильтры. Для очистки от мелких частиц нефтепродуктов применяют коагулянты, образующие хлопья, к которым прилипают эти частицы (сорбция). Затем хлопья удаляют в отстойниках или флотаторах с помощью воздушных пузырьков, подхватывающих эти хлопья и выносящих их на поверхность. В качестве коагулянтов используют сульфаты алюминия и железа.

Пароциркуляционный метод применяется для очистки загрязненных фонолами сточных вод, которые превращаются в пар, проходящий через раствор щелочи. Выходными веществами являются чистый пар и нелетучий фенолят в растворе, удаляемый углекислотой.

Абсорбционный метод заключается в поглощении загрязняющих веществ в небольших количествах — до 0,2% активированным углем с последующим удалением отгонкой паром.

Биологический метод состоит в очистке от органических веществ в бассейнах, продуваемых воздухом, и образовании массы микроорганизмов, обращающих загрязнения в активный ил.

Физико-химические методы очистки заключаются в экстрагировании органических веществ с применением органических растворителей. Бутилацетат и диизопропило-вый эфир в десятки раз лучше растворяют фенол.

Охрана водных ресурсов

В “Основах водного законодательства” содержатся обязательные для министерств, ведомств, государственных органов, предприятий, учреждений, организаций и граждан наиболее общие положения о порядке использования и охраны рек, озер, морей, водохранилищ и других поверхностных и подземных

122

водных объектов. Все законодательные нормы, вступающие в противоречие с этим документом, подлежат отмене, поскольку он обладает высшей юридической силой. Поэтому новые акты водного законодательства должны разрабатываться в полном соответствии с “Основами водного законодательства”.

К задачам водного законодательства относятся: регулирование водных отношений с целью обеспечения рационального использования вод для нужд населения и народного хозяйства;

охрана вод от загрязнения, засорения и истощения; предупреждение и ликвидация вредного воздействия вод; улучшение состояния водных объектов; охрана прав предприятий, организаций, учреждений и граждан; укрепление законности в области водных отношений.

В “Основах” закреплен принцип первоочередного удовлетворения хозяйственно-питьевых потребностей населения. Этот принцип означает, что промышленный, сельскохозяйственный или какой-либо другой вид эксплуатации водных объектов не должен препятствовать хозяйственно-питьевому водоснабжению населения.

Борьба против загрязнения, засорения и истощения вод должна проводиться всеми доступными в современных условиях мерами и средствами, путем осуществления предупредительных мер по охране вод и ликвидации существующих причин их загрязнения, засорения и истощения. Запрещено вводить в эксплуатацию предприятия, цехи, агрегаты, коммунальные и другие объекты, если они не обеспечены устройствами, предотвращающими загрязнение вод. Предприятия, организации и учреждения не должны допускать загрязнения и засорения поверхности водосборов, ледяного покрова водоемов и поверхности ледников производственными, бытовыми и другими отходами и отбросами. Управления государственных водохо-зяйственных систем, колхозы, фермерские хозяйства, предприятия, организации и учреждения обязаны предотвращать загрязнение вод удобрениями и ядохимикатами

Все промышленные предприятия, использующие воду, обязаны принимать меры к уменьшению ее расхода и прекращению сброса сточных вод путем совершенствования технологии производства и схем водоснабжения, развивать безводные технологические процессы, заменять водяное охлаждение воздушным, внедрять оборотное водоснабжение и другие технические приемы, исключающие сброс сточных вод. Должны быть созданы технически совершенные очистные сооружения и устройства, обеспечивающие надлежащую очистку сточных вод от загрязняющих веществ. Сброс сточных вод допускается только с разрешения органов по регулированию использования вод и

123

охране их и при условии, что он не приведет к увеличению содержания в водном бассейне загрязняющих веществ свыше установленных норм.

Значительное место в “Основах водного законодательства” уделено вопросам государственного учета и планирования потребления вод. Первоочередной задачей учета вод является установление имеющегося количества и качества, а также данных об использовании вод для нужд населения и народного хозяйства. С этой целью введена ежегодная статистическая отчетность, которая позволяет судить не только о количестве забранной из источников воды, но и об объемах затраченной на разные цели воды, а такте иметь данные о количестве вредных веществ, вносимых в водоемы сточными водами.

Все эти материалы необходимы для научно обоснованного планирования потребления воды и ее правильного распределения по потребителям, а также для разработки новых водохозяй-ственных и водоохранных мероприятий. При планировании учитывают также данные Государственного водного кадастра, включающего количественную и качественную характеристики водных ресурсов, регистрацию водопользования и сведения об учете использования вод в водохозяйственных балансах, составляемых по бассейнам рек и экономическим районам. При этом четко должна действовать единая система Государственного водного кадастра.

Важнейшей составной частью современного “водно-санитарного законодательства” являются предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов.

Соблюдение этих нормативов обеспечивает безопасность населения создает благоприятные условия для санитарно-бытового водопользования. Они являются критерием эффективности различных мероприятий по охране водоемов от загрязнения. В настоящее время ПДК установлены для более чем 1300 веществ.

Водоемы (реки, ручьи, водохранилища, озера, пруды, искусственные каналы) используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения, культурно-бытовых нужд населения и рыбохо-зяйственных целей.

Водоемы и водотоки (водные объекты) считаются загрязненными, если показатели состава и свойств воды в них изменились под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности и бытового использования населением и стали частично или полностью непригодными для одного из видов водопользования.

Критерием загрязненности воды является ухудшение ее качества вследствие изменения органолептических свойств и по-

124

явления веществ, вредных для человека, животных, птиц, рыб, кормовых и промысловых организмов, а также вида водопользования и повышения температуры воды, изменяющей условия для нормальной жизнедеятельности водных организмов. Пригодность состава и свойств поверхностных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, культурно-бытовых нужд населения и рыбохозяйственных целей, определяется их соответствием требованиям и нормативам.

В случае одновременного использования водного объекта или его участка для различных нужд народного хозяйства при определении условий сброса сточных вод следует исходить из более жестких требований в ряду одноименных нормативов качества поверхностных вод.

Нормативы состава и свойств воды водных объектов, которые должны быть обеспечены при спуске в них сточных вод, устанавливают применительно к отдельным его категориям, чтобы исключить возможность ограничения или нарушения нормальных условий хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Различают две категории водопользования. К п е р в о и относится использование водного объекта в качестве источника централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности; ко второй — использование водного объекта для купания, спорта и отдыха населения, а также использование водных объектов в черте населенных пунктов.

Ближайшие к месту спуска сточных вод пункты водопользования первой и второй категорий определяются органами и учреждениями санитарно-эпидемиологической службы с обязательным учетом официальных данных и перспектив использования водного объекта для питьевого водоснабжения и культурно-бытовых нужд населения.

Состав и свойства воды водных объектов должны соответствовать требованиям в створе, расположенном на водотоках на расстоянии 1 км выше ближайших по течению пунктов водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания, организованного отдыха, территории населенного пункта и т.п.), а на непроточных водоемах и водохранилищах — на расстоянии 1 км в обе стороны от пункта водопользования .

Состав и свойства водоема или водотока в пунктах питьевого и культурно-бытового водопользования ни по одному из показателей не должны отклоняться от нормативов.

125

В водные объекты запрещается сбрасывать:

• сточные воды, содержащие вещества или продукты трансформации веществ в воде, для которых не установлены ПДК или ориентированный допустимый уровень (ОДУ), а также вещества, для которых отсутствуют методы аналитического контроля;

• сточные воды, которые могут быть устранены путем организации бессточного производства, рациональной технологии, максимального использования в системах оборотного и повторного водоснабжения после соответствующей очистки и обеззараживания в промышленности, городском хозяйстве и для орошения в сельском хозяйстве;

• неочищенные или недостаточно очищенные производственные, хозяйственно-бытовые сточные воды и поверхностный сток с территорий промышленных площадок и населенных мест;

• сточные воды, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний; опасные в эпидемическом отношении сточные воды могут сбрасываться в водные объекты только после соответствующей очистки и обеззараживания.

Сброс, удаление и обезвреживание сточных вод, содержащих радионуклиды, должны осуществляться в соответствии с действующими нормами радиационной безопасности. Запрещается сброс в водные объекты, на поверхность ледяного покрова и водосбора пульп концентрированных кубовых остатков, образующихся в результате обезвреживания сточных вод, в том числе содержащих радионуклиды, а также других технологических и бытовых отходов.

Утечки в водные объекты от нефте- и продуктопроводов, нефтепромыслов, а также сброс мусора, неочищенных сточных, подсланцевых и баластных вод, утечки других веществ с плавучих средств водного транспорта не допускаются.

Загрязнение поверхностных вод при проведении строительных, дноуглубительных и взрывных работ, при добыче полезных ископаемых, прокладке кабелей, трубопроводов и других коммуникаций, при проведении сельскохозяйственных и других работ, включая все виды гидротехнического строительства на водных объектах и в водохранных зонах, также не допускается.

На водных объектах, используемых преимущественно для водоснабжения населения, запрещается молевой сплав леса, а также сплав древесины в пучках и кошелях без судовой тяги.

Сброс сточных вод в водные объекты, используемые для во-до- и грязелечения, а также в водные объекты, находящиеся в пределах округов санитарной охраны курортов, запрещается.

126

Вышеизложенные требования распространяются:

• на существующие выпуски всех видов производственных, в том числе животноводческих, хозяйственно-бытовых сточных вод и поверхностного стока с территорий населенных мест и производственных объектов, сточных вод отдельно стоящих жилых и общественных зданий, коммунальных, лечебно-профилактических, транспортных, сельскохозяйственных объектов, промышленных предприятий, шахтных и рудничных вод, сбросных вод систем водяного охлаждения, гидрозолоудаления, нефтедобычи, гидровскрышных работ, сбросных и дренажных вод с орошаемых и осушаемых сельскохозяйственных территорий, в том числе обрабатываемых ядохимикатами, и других сточных вод любых объектов, независимо от их ведомственной принадлежности;

• на все проектируемые выпуски сточных вод вновь строящихся, реконструируемых и расширяемых предприятий, зданий и сооружений, а также предприятий, на которых изменяется технология производства; сточных вод канализации населенных мест и отдельно стоящих объектов, независимо от их ведомственной принадлежности.

Сброс сточных вод в водные объекты в черте населенных пунктов запрещается.

3.5 ЗЕМЕЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ И ОХРАНА ЗЕМЕЛЬ

Почвенный покров — важнейшее природное образование. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой источник продовольствия, обеспечивающий 95—97% продовольственных ресурсов для населения планеты.

Особое свойство почвенного покрова — его плодородие, под которым понимается совокупность свойств почвы, обеспечивающих урожай сельскохозяйственных культур. Естественное плодородие почвы связано с запасом питательных веществ в ней и ее водным, воздушным и тепловым режимами. Почва обеспечивает потребность растений в водном и азотном питании, являясь важнейшим агентом их фотосинтезирующей деятельности. Плодородие почвы зависит также от величины аккумулированной в ней солнечной энергии. Растительность аккумулирует ежегодно большое количество солнечной энергии в ходе фотосинтеза и создания биомассы, трансформируясь в п-1010 т органического вещества. Большая часть синтезированного органического вещества вследствие его разложения возвращается в почву и воду. Потребление фитомассы человеком оценивается величиной порядка 3,6-Ю18 т.

127

Почвенный покров принадлежит к саморегулирующейся биологической системе, являющейся важнейшей частью биосферы в целом. Живые организмы, растения и животные населяющие Землю, фиксируют солнечную энергию в форме фито- или зоомассы.

Продуктивность наземных экосистем зависит от теплового и водного балансов земной поверхности, которые определяют многообразие форм обмена энергией и веществом в пределах географической оболочки планеты.

Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км2, или 86,5% площади суши. Под пашней и многолетними насаждениями в составе сельскохозяйственных угодий занято около 15 млн. км2 (10% суши), под сенокосами и пастбищами — 37,4 млн. км2 (25%). Общая площадь пахотнопригодных земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км2.

Земельные ресурсы планеты позволяют обеспечивать продуктами питания больше населения, чем имеется в настоящее время и будет в ближайшем будущем. Вместе с тем, в связи с ростом населения, особенно в развивающихся странах, количество пашни на душу населения сокращается. Еще 10—15 лет назад душевая обеспеченность пашней населения Земли составляла 0,45—0,50 га, в настоящее время она составляет уже 0,35—0,37 га. Душевая обеспеченность пахотными угодьями меняется в широких пределах. Для Канады она составляет 1,4 га, США — 0,63, ФРГ — 0,15, Японии — 0,04 га. В настоящее время в России на душу населения приходится 0,82 га пашни, что значительно превышает мировой показатель.

В 1996 г. земельный фонд России составлял 1709, 8 млн. га, в том числе (млн. га, в скобках — %):

• земли сельскохозяйственных предприятий и граждан — 651(38,1);

• земли населенных пунктов — 6,2 (0,4);

• земли промышленности, транспорта, связи и иного несельскохозяйственного назначения — 17,7 (1,0);

• земли природно-заповедного фонда —20,7 (^,4);

• земли лесного фонда — 878,1 (51,2);

• земли водного фонда—18,1 (1,0); ^

• запасные земли — 117,8 (6,9).

За последние 30 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12,2 млн. га, пашни — на 2,4 млн. га, сенокосов — на 10,5 млн. га. Причинами такого сокращения являются нарушение и деградация почвенного покрова, отвод земель под застройку городов, поселков и промышленных предприятий.

128

фонд черноземных почв России занимает около 120 млн. га, что составляет лишь около 7% общей площади. Однако на ней размещается более половины всех пахотных земель, которые производят около 80% всей земледельческой продукции.

Площадь эрозийно опасных и подверженных эрозии сельскохозяйственных угодий составляет 124 млн. га (56%), из них на долю пахотных земель приходится 87,3 млн. га. По данным государственного учета, общая площадь оврагов составляет 2,6 млн. га, кроме того, 26,2 млн. га (20,4 %) пашни расположено на смытых почвах, 2,1 млн. га (1,7%) земель подвержено совместному воздействию водной и ветровой эрозии, 7,9 млн. га (6,1%) — дефляции, всего же дефляционно опасными землями считаются 44 млн. га (32,2 %). Площади эродированных черноземов постоянно возрастают. За последние 10—15 лет они увеличивались в среднем на 250—300 тыс. га в год. На многих расчлененных территориях с черноземными почвами 50% и более распаханных земель эродированы. Ежегодно около 25— 30 тыс. га черноземов теряется в результате образования овра-говРаспределение земельного фонда Российской Федерации по категориям земель и угодьям приведено в табл. 3.9.

В последние годы постоянно увеличивались площади земель природоохранного назначения, впервые переведенных в самостоятельную категорию в 1990 г. (табл. 3.10), и составили 28,9 млн. га. В эту категорию включаются земли, изъятые из других категорий и имеющие самостоятельный юридический статус: заповедники, национальные парки и территории ку-рортно-оздоровительных учреждений. Кроме того, в состав земель природоохранного назначения входят земли других категорий: лесного фонда, сельскохозяйственного назначения, населенных пунктов и земель водного фонда.

Рассматривая проблему качества почв, следует отметить, что на больших площадях продуктивность почв снижается из-за уменьшения содержания гумуса. Только за последние 20 лет запасы гумуса сократились на 25—30%, а ежегодные потери в целом по РФ составляют 81,4 млн. т. По данным агрохимического обследования, в России 16,5 млн. га пахотных земель характеризуется очень низким содержанием гумуса, 21 млн. га — низким.

Содержание гумуса в черноземах центральных областей за последние 100 лет снизилось почти вдвое — с 14 до 7%, а ежегодные потери гумуса из черноземов составляют в среднем 0,5—1 т/га. Около 43% пахотных земель характеризуется низким содержанием гумуса, причем на преобладающей части территории России баланс гумуса отрицательный.

5—3497 129

Таблица 3.9 Распределение земельного фонда Российской Федерации по категориям земель и угодьям, тыс. га [13]Кате Общая Земельные угодья

гория земель площадь Сельскохозяйст Лесные Древес- Болота Под Оленьи Под постройка Нару Прочие

венные угодья площади но-кус-

водой и кон ми, дорогами, шенные земли

тарни-

ские улицами земли

всего в том

ковая расти

пастбища всего в том

числе

тель

числе

пашня

ность

под по

строй

ками

I 656689,6 185309,8 121620,1 114273,8 13163,8 13174,3 19312,8 254456,8 3520,0 1080,7 265,8 53212,4

II 38739,3 24900,5 6259,1 3860,9* 1205,9 1600,7 861,6 42,9 4079,8 1938,9 101,2 2085,8

III 17588,7 1218,4 179,4 3373,7* 423,9 346,0 823,6 182,5 3011,7 1118,0 587,2 7621,7

IV 28848,7 367,8 11,6 13550,2 488,9 1882,8 1487,9 1060,6 58,4 27,0 1,2 9950,9

V 843789,6 3785,2 183,1 625328,7* — 78646,6 13089,5 59206,4 1711,1 126,9 117,9 6194,3

VI 19360,9 24,0 0,6 17,4 15,2 724,2 18483,7 — 16,8 5,7 3,3 76,3

VII 104743,9 6344,3 1946,3 6970,2* 2882,5 11220,3 17927,4 13195,6 77,6 6,0 62,8 46063,2

Итого 1709760,7 221950,0 130200,2 767374,9 18180,2 107594,9 71986,5 328144,8 12475,4 4303,2 1139,4 180914,6

* Включая парки, бульвары и скверы. Категория земель:

I— земли сельскохозяйственных предприятий, организаций и граждан;

II— земли, находящиеся в ведении городских, поселковых и сельских администраций;

III— земли промышленности, транспорта, связи и иного несельскохозяйственного назначения;

IV— земли природоохранного назначения;

V— земли лесного фонда (лесохозяйственные предприятия);

VI— земли водного фонда;

VII— запасные земли.

Таблица 3.10

Динамика земель природоохранного назначения за 1991—1995 гг.Год Общая Земельные угодья, тыс. га

площадь, Сельскохозяй Лесные Дре- Болота Под Оленьи Под постройка Нару Прочие

тыс. га ственные угодья площади весно-кус-

водой и конские па ми, дорогами, улицами шенные земли земли

тарни-

стбища

ковая

расти

тель

всего в том

ность

всего в том

числе

числе

пашня

под по

строй

ками

1990 17425,5 248,0 3,2 8352,2 450,4 1244,8 969,8 551,8 31,6 10,2 0,2 5576,8

1991 20527,2 1648,9 180,7 —— ———— — — —

1992 20689,6 295,0 8,1 11302,5 296,6 1364,6 1033,2 741,7 45,4 17,7 1,2 5609,4

1993 26717,0 356,2 10,8 12181,2* 452,2 1569,9 1344,4 1746,0 54,0 24,7 1,2 9011,9

1994 27259,9 362,4 10,6 12548,4* 479,5 1599,9 1397,7 1746,0 57,2 25,7 1,4 9067,4

1995 28848,7 367,8 11,6 13550,2 488,9 1882,8 1487,9 1060,6 58,4 27,0 1,2 9950,9

* Включая парки, бульвары, скверы и ботанические сады

Площади мелиорированных земель, находящихся в неудовлетворительном состоянии, в целом по РФ сократились на 105 тыс. га. В неудовлетворительном состоянии находится 771 тыс. га орошаемых земель, в том числе из-за недопустимой глубины уровня грунтовых вод — 325 тыс. га, засоления — 292 тыс. га, одновременного наличия недопустимой глубины уровня грунтовых вод и засоления почв — 154 тыс. га. Общая площадь засоленных земель составляет 38,4 млн. га (19,9% площади сельхозугодий), в том числе 25,6 млн. га почв солонцовых комплексов. Площадь пахотных засоленных земель — 12,9 млн. га.

Использование во всевозрастающих объемах переувлажненных и заболоченных земель под пашни приводит к снижению урожайности. Постоянно расширяются площади опустынивания. Так, в Калмыкии опустыниванию подвержено 4,9 млн. га, из которых 1,8 млн. га находится в стадии очень сильного опустынивания. В Астраханской области площадь деградиро-ванных пастбищ составляет 1,3 млн. га, из них 250 тыс. га подвижных песков. Сильно- и среднеразмытые земли занимают 48% всех пастбищ.

Деградация пастбищных земель происходит и в тундровой зоне в результате их выгорания, нарушения почвенного и растительного покровов при широкомасштабном освоении месторождений полезных ископаемых, неконтролируемом бездорожном проезде автотранспорта, перегрузках оленьих пастбищ скотом и его ненормированном выпасе. Общая площадь земель, ранее занимаемых под сельскохозяйственные угодья, нарушенных в результате добычи полезных ископаемых, проведения строительных и геологоразведывательных работ, постоянно увеличивается.

В целом за последние годы состояние земель России, находящихся в сфере хозяйственной деятельности, ухудшалось. Продолжающееся нерациональное природопользование, в том числе сельскохозяйственное, при существенном сокращении мероприятий по охране и рациональному использованию почв и земельных ресурсов еще более усугубили процесс деградации земель.

Масштабы деградационных процессов зависели от интенсивности действия естественных (климатические, гидрогеологические, морфодинамические, фито- и зоогенные) и антропо-генных факторов (нерациональное ведение богарного и орошаемого земледелия, чрезмерный выпас, уничтожение почвен-но-растительного покрова промышленным, коммунальным и ирригационным строительством, горные разработки, технологические и аварийные промышленные выбросы в атмосферу,

132

сброс сточных и дренажных вод и т.п.) и имели региональную специфику: от “деградации оленьих пастбищ на севере”, дегу-мификации, истощения и эрозии почв в центральной части России до опустынивания на юге. Продолжается развитие таких негативных процессов и явлений, как подтопление земель, загрязнение токсикантами промышленного происхождения (тяжелые металлы, нефть и нефтепродукты), захламление и нарушение земель. Значительная часть земель, в том числе сельскохозяйственных угодий и населенных пунктов, загрязнена радионуклидами. Обострилась проблема городских территорий, связанная с проявлением опасных природно-техногенных процессов. Из-за значительного загрязнения окружающей среды вредными веществами многие города и их окрестности превратились в “пустынные” территории. Количество зеленых насаждений в городах, средний возраст которых превышает 40—50 лет, их санитарно-гигиеническое качество оцениваются как неудовлетворительные .

Общая площадь озелененных территорий в городах России составляет всего 25% всех городских земель, а площадь насаждений общего пользования не превышает 2% территории городских земель. Средняя обеспеченность горожан насаждениями общего пользования составляет 10 м2 на одного человека, что вдвое ниже нормативного. Однако все города России имеют значительный резерв по увеличению зеленых насаждений — деревьев и кустарников, поскольку вдоль автомобильных трасс и между домами еще много неозелененных пустырей, неорганизованных свалок. Замеры воздуха вблизи дорог показывают, что загрязняющих веществ значительно меньше там, где есть деревья и кустарники.

Большой вред зеленым насаждениям наносит соль, которой посыпают автомобильные дороги, в зимний период года. Так, в Москве весной 1996 г. погибло около 250 тыс. деревьев, которые вдоль основных магистралей. Они не выдержали “химической обработки гололеда” и погибли, так как предельно допустимые нормы калия в придорожном снегу на некоторых улицах были превышены почти в 40 раз, хлоридов — в 50, натрия — в 60. Лед и снег под таким массированным “огнем”, естественно, таял, но одновременно погибало вокруг и все живое.

Проблеме озеленения городов и поселков особое внимание должно уделять само население. Посадить 4—5 деревьев около своего дома должен каждый житель города или поселка. Каждый человек, будь он рабочим, служащим, студентом или школьником, должен выполнить свой гражданский долг. Зеленые насаждения — это прежде всего экологические островки живой природы, зоны жизни и отдыха трудящихся.

133

Территория России велика, однако 65% ее расположено в зоне вечной мерзлоты, т.е. в тяжелых (суровых) климатических условиях.

Несмотря на это, население нашей страны, а также малые народности Севера не только живут в этих условиях десятки лет, но и осваивают новые месторождения полезных ископаемых, занимаются рыболовством, охотой, оленеводством, а в ряде регионов и производством сельскохозяйственной продукции.

В скором времени Россия может ощутить дефицит не только чистой воды, но и земельных ресурсов. Поэтому необходимо более бережно относиться к земле и ее использованию.

В России крайне неудовлетворительно ведутся работы по восстановлению земель, нарушенных горными работами, геологоразведкой и т.п. Ежегодно объемы рекультивированных земель сокращаются на 8—12%. Проведение этих работ осложнено кризисным финансовым положением горнодобывающих предприятий, их неплатежеспособностью, а в ряде случаев распадом и ликвидацией.

В составе сельскохозяйственных угодий России эрозионной опасности подвержены площади более 117 млн. га (или 63%), в том числе эродированных 51 млн. га (28%). Каждый третий гектар пашни и пастбищ нуждается в осуществлении мер по защите от процессов эрозионной деградации. Возрастающая тенденция сокращения сельскохозяйственных угодий и пастбищ из-за загрязнения бытовыми и производственными отходами, эрозионной деградации, снижение содержания гумуса в почвах, деградация оленьих пастбищ, увеличение подтопления плодородных земель за счет создания искусственных водохранилищ (строительства плотин на равнинах), увеличивающееся загрязнение поверхностных и подземных вод — все это оказывает негативное влияние на качество, урожайность и объемы производства растениеводства и животноводства. На протяжении последних 10 лет производство зерна на душу населения постоянно сокращается.

По расчетам В. В. Клименко, Россия находится на пятом месте среди стран, обладающих эффективной территорией (км^чел.): Бразилия — 8,05, США — 8, Австралия — 7,684, Китай — 5,95, Россия — 5,51, Канада — 3,64, Индия — 2,9, Казахстан — 2,62, Судан — 2,49, Аргентина — 2,45 (рис. 3.11). Следовательно, площадь эффективной территории в России в 1,5 раза меньше, чем в США и всего лишь в 2 раза больше, чем в Казахстане. Да и вытянута она на многие тысячи километров, что очень затрудняет организации транспорта. Кроме того, чрезвычайно важна оценка площадей, пригодных для устойчи-

134

7,68 5,95 „

0;

-”- 3,6

S

1

д я

1 < & в >s U 1

LD U < ^ °- s

Рис. 3.11. Площадь благоприятных для жизни населения территорий по странам мира, млн. км 2

вого, а не рискованного земледелия. И здесь ситуация очень сложная, поскольку такими площадями являются территории, лежащие на широтах южнее Киева.

Практически все сельскохозяйственные угодья России расположены в районах рискованного земледелия и большие территории находятся в зоне многолетней мерзлоты (рис. 3.12). Посмотрите на карту России.

Наряду с этим в стране есть прекрасные почвы, но их мало, и они подвержены засухам и эрозии. Поэтому основная проблема сельского хозяйства состоит не в том, чтобы превратить его в высокодоходную экспортную отрасль, способную конкурировать с западными странами, а в том, чтобы прокормить население своей страны. Если сравнивать, например, Россию с Канадой, которая тоже расположена в северном регионе, то надо иметь в виду, что все северные города и большинство сельскохозяйственных угодий Канады расположены на одних широтах с Киевом и Курском. Вегетационный период в России на 100 дней короче, чем во Франции, Италии и Австрии. Россия — самая холодная страна на планете, и для того чтобы поддерживать такой же уровень жизни, как в упомянутых странах, нам нужны, в частности, разные затраты энергии. В России они должны быть в 2—3 раза больше, чем в Западной Европе. (Для сравнения. Чтобы обеспечить среднепланетарный уровень жизни, Россия должна производить 18,9 т условного топлива на человека в год. В то же время энергонасыщенная Япония потребляет не более 3 т.)

135

b%^| Районы со сплошным распространением многолетней мерзлоты fSS$m Районы распространения многолетней мерзлоты с талыми грунтами К^'1 Районы с участками многолетней мерзлоты Ц11111 Районы, лишенные многолетней мерзлоты

Рис. 3.12. Районы различных зон многолетней мерзлоты

На потребление энергии влияют также размеры страны и протяженность ее коммуникаций. Непонимание этого факта порождает у людей различные иллюзии, например, что Россия производит большое количество энергии. В связи с этим и экономические подходы к развитию российского потенциала должны быть иными, чем на Западе, не говоря уже о повышенных транспортных расходах, о том, что в северных районах люди нуждаются в более дорогой одежде, более калорийном и качественном питании, более теплых жилых домах.

Научно-технический прогресс снимает многие ограничения, он расширяет ареал жизни, но и порождает новые трудности. Тем не менее, сохраняется очевидное: людям в странах с холодным климатом, с плохими природными условиями приходится тратить значительную часть своих сил на преодоление многих трудностей, неведомых жителям более благоприятных для проживания районов планеты. И сегодня кли-мато-географические факторы накладывают жесткие ограничения на разведку и освоение минеральных ресурсов в мало-

136

доступных и отдаленных районах России, где, кроме того, необходимо уделять большое внимание сохранению малых на-оодностей, живущих в суровых условиях Заполярья, и развитию нации в целом.

Однако российские политики, занимающиеся преобразованием нашего общества в так называемое “демократическое” и реализацией экономических реформ, в основном не понимают или забывают об этих объективных обстоятельствах при разра^-ботке планов народного хозяйства и перехода Российской Федерации к устойчивому социально-экономическому разви-

Загрязнение почв и окружающей среды в целом ведет не только к ухудшению здоровья населения, но и к гибели отдельных видов растительного и животного мира, снижению продуктивности природно-ресурсного потенциала страны. В результате гибели лесов и других девственных территорий исчезают различные виды растений и животных, резко сокращается генетическое разнообразие мировых экосистем, являющихся основой развития биосферы планеты Земля.

Загрязнение почв пестицидами

Ежегодное применение пестицидов в сельском хозяйстве в 1980_1991 гг. находилось на одном и том же уровне и составляло примерно 150 тыс. т, а с 1992 г. наметилась тенденция к

уменьшению.

В целом по России в 1992 г. загрязненная пестицидами почва обнаружена весной на площади 29,8 тыс. га (5,8 % обследованной) и осенью — на площади 32 тыс. га (9,3 % обследованной). В том же году была отмечена тенденция уменьшения содержания пестицидов в почвах Омской области, на прежнем уровне осталось загрязнение почв в Московской, Ростовской, Самарской и Иркутской областях, а также в Приморском крае. Наиболее загрязнены остаточными количествами пестицидов (в основном сумма ДДТ) почвы садов и лесов (37—52% обследованной площади). Почвы под овощными культурами загрязнены остаточным количеством ДДТ, 2,4-Д и трефлана на площади 17,7%; почвы под зерновыми загрязнены остаточными количествами ДДТ, ГХЦТ, 2,4-Д, пропазина, трефлана и ТХАН на площади 11,3%. К регионам со значительным загрязнением почвы следует отнести Московскую и Иркутскую области, к регионам со средним загрязнением почвы — Центральночерноземный район. Северный Кавказ, Курганскую область и Приморский край. Данные о загрязнении почв пестицидами в

137

отдельных регионах России приведены в табл. 3.11, а ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) пестицидов — в табл.3.12.

Таблица 3.11 Загрязнение проб почв пестицидами в отдельных регионах России

Регион

Пестицид

Доля проб почв, загрязненных выше ПДК, %

Иркутская область Волгоградская область Новосибирская область Московская область Центрально-Черноземный район Краснодарский край

Ростовская область

-90 2,4-Д >90 Трефлан Отдельные зоны до 20—192 ПДК Сумма ДДТ

-10 Тоже

-15

10

64 Трефлан 10 Сумма ДДТ 30 Трефлан

Таблица 3.12

Ориентировочно допустимые концентрации пестицидов в почве, мг/кг[55]Пестицид ОДК Пестицид ОДК

Амбуш 0,6 Мезоранил 0,9

Амибен 0,05 Ордрам 0,9

Антио 0,2 Нексион 0,2

Арезин . 0,7 Пирамин 0,7

Бенлат 0,1 Пликтран 0,1

БМК 0,1 Рамрод 0,2

Бронокот 0,5 Реглон 0,2

Вензар 1,0 Синбар 0,4

Тетрал 0,1 Солан 0,6

ДДВФ 0,03 Сутан 0,6

Каптан 1,0 Теноран 0,4

Карагард 0,4 Тиллам 0,6

Примечание. Лимитирующий показатель — транслокационный.

138

Загрязнение почв токсикантами промышленного происхождения

Почвы вокруг больших городов и крупных предприятий цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, машиностроения на расстоянии в несколько десятков километров загрязнены тяжелыми металлами, нефтепродуктами, соединениями фтора и другими токсичными веществами (табл. 3.13). Из обследованных 85 городов Российской Федерации наибольшему загрязнению подвержены почвы вблизи гг. Белове, Верх-Нейвинск, Владивосток, Дальнегорск, Иркутск, Медногорск, Мончегорск, Ревда, Рудная Пристань, Свирск и Черемхово.

Таблица 3.13

Классы опасности различных химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов и отходовКласс

опасно Химическое вещество

сти

I Мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен

II Бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром

III Барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон

Среднее содержание свинца в почвах пятикилометровой зоны вокруг обследованных городов находится в пределах 0,4— 80 ПДК. Превышение предельно допустимой концентрации в 10 раз и более отмечено в Белове, Верх-Нейвинске, Дальнегор-ске, Москве, Рудной Пристани, Санкт-Петербурге и Свирске.

Среднее содержание марганца вокруг предприятий черной металлургии колеблется в пределах 0,05—6 ПДК (в Ижевске, Саранске, пос. Восток).

Среднее содержание ванадия в почвах наблюдается в пределах 0,07—1,5 ПДК в Николаевске-на-Амуре, Петропавловске-Камчатском, Самаре и Свирске.

Среднее содержание меди в почвах с превышением в 10 раз обнаружено в пригородах Ижевска, Мончегорска, Нижнего Новгорода, Ревды, Рязани и Санкт-Петербурга. Содержание никеля и кобальта в почвах вблизи Мончегорска превышает нормы более чем в 10 раз.

Загрязнение почв нефтью в местах ее добычи, переработки, транспортирования и распределения превышает фоновое в десятки раз. На расстоянии 19 км в западном и восточном на-

139

правлениях от г. Владимира содержание нефти в почве превышало фоновое значение в 33 раза.

За 15 лет исследований на территории России выявлены три города, которые по суммарному показателю загрязнения почвы в городе и в радиусе от него до 5 км относятся к чрезвычайно опасно загрязненным. Это Мончегорск на Кольском п-ове, Рев-да в Уральском регионе и Белово Кемеровской области.

Почвы вокруг Братска, Волгограда, Краснотурьинска, Красноярска и Новокузнецка загрязнены фтором. Максимальное содержание валового фтора выше регионального среднего уровня в 4—10 раз, а содержание водорастворимого фтора превышает ПДК в 10—30 раз.

Санитарные нормы допустимых концентраций некоторых химических веществ в почве приведены в табл. 3.14.

Таблица 3.14

Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почве [62]

Вещество

ПДК, мг/кг почвы с учетом фона (кларка)

Лимитирующий показатель

Кобальт

Фтор

Хром

Фтор

Бенз(а)пирен

Ксилолы (орто-, мета-, пара-)

Мышьяк

Отходы флотации угля

Ртуть

Свинец

Свинец + ртуть

Сернистые соединения (S):

элементарная сера

сероводород

серная кислота Стирол

Формальдегид Хлористый калий Хром

Ацетальдегид

Изопропилбензол+альфа-ме-тилстирол Суперфосфат (Pz05)

Подвижная форма

5 2,8 6 Водорастворимая форма

10 Валовое содержание

0,02 0,3 2 3000 2,1 32 20+1

160 0,4 160 0,1 7 560 0,05 10 0,5

200

Общесанитарный

Транслокационный

Общесанитарный

Транслокационный

Общесанитарный Транслокационный

То же

Водный и общесанитарный Транслокационный Общесанитарный Транслокационный

Общесанитарный Воздушный Общесанитарный Воздушный

Тоже Водный

Общесанитарный Миграционно-воздушный

То же

Переход в растения

140

Охрана земельных ресурсов

Охрана земель включает систему организационных, экономических, правовых, инженерных и других мероприятий, направленных на защиту земель от расхищения, необоснованных изъятий из сельскохозяйственного оборота, нерационального использования, вредных антропогенных и природных воздействий в целях повышения эффективности природопользования и создания благоприятной экологической обстановки.

Охрана земель и их рациональное использование осуществляются на основе комплексного подхода к угодьям, как к сложным природным образованиям (экосистемам), с учетом их зональных и региональных особенностей.

Система рационального использования земель должна носить природоохранный ресурсосберегающий характер и предусматривать сохранение почв, ограничение воздействий на растительный и животный мир, геологические породы и другие компоненты окружающей среды.

Охрана земель предусматривает:

• защиту земель от водной и ветровой эрозии, селей, от под-ветровой эрозии, подтопления, заболачивания, вторичного засоления, иссушения, уплотнения, загрязнения отходами производства, других процессов разрушения;

• рекультивацию нарушенных земель, повышение их плодородия и других полезных свойств;

• снятие и сохранение плодородного слоя почвы, с тем чтобы использовать его для рекультивации земель или повышения плодородия малопродуктивных угодий;

• установление особых режимов пользования для земельных участков, имеющих природоохранное и историко-культурное

значение.

Все землевладельцы, землепользователи и арендаторы, независимо от форм и сроков использования земель, осуществляют работы по защите и повышению качества земель за счет собственных средств и несут ответственность за ухудшение экологической обстановки на своем земельном участке и сопряженной территории, обусловленное их деятельностью. Землевладельцы, землепользователи и арендаторы имеют право получать вознаграждение за улучшение качества земель и повышение плодородия почв из специальных фондов, создаваемых местными органами власти, и из других источников.

Главная задача государственного и общественного контроля за сохранением, состоянием, использованием и охраной земель заключается в обеспечении соблюдения всеми государственными, кооперативными и общественными предприятиями, ор-

141

ганизациями и учреждениями, а также гражданами требований земельного законодательства в целях эффективного использования и охраны земель. Порядок осуществления контроля за состоянием, использованием и охраной земель устанавливается действующим законодательством.

Общественный земельный контроль осуществляется общественными организациями на основании уставов этих организаций.

Для нормального функционирования службы контроля за правильным использованием земель следует на всех сельскохозяйственных угодиях осуществлять мониторинг земель и соблюдать государственный земельный кадастр.

Мониторинг земель представляет собой систематическое наблюдение за состоянием земельного фонда для своевременного выявления динамики и устранения негативных процессов и тенденций. Мониторинг земель состоит из системы данных о распределении земли между владельцами и землепользователями, о продуктивности земельных ресурсов, деградации почв и загрязнении земель. Само понятие мониторинга охватывает широкий круг факторов и явлений, изучаемых в динамике. Сюда относятся трансформация угодий, изменение факторов и явлений, влияющих на производительную способность почв (засоление, эродирование и т.д.), экологические изменения (динамика радиации, загрязнение почв, грунтовых вод и водоемов пестицидами и т.д.). Данные мониторинга представляются всем органам государственного и общественного контроля.

Государственный земельный кадастр предназначен для обеспечения землевладельцев, землепользователей и арендаторов информацией о состоянии земель в целях организации их рационального использования и охраны, совершенствования управления земельными ресурсами и обоснования размеров платы за землю. Он представляет собой систему необходимых и обоснованных сведений о правовом режиме земель, их природном и экологическом состоянии. Формирование этих сведений обеспечивается следующими подсистемами государственного земельного кадастра: регистрация землевладений и землепользовании; количественный и качественный учет земель; бонитировка почвенного покрова и природно-технологических свойств земли; экономическая (денежная) оценка земель.

Землеустройство включает систему мероприятий, направленных на охрану и рациональное использование земли, и предусматривает:

• проведение топографо-геодезических, картографических, почвенных, геоботанических, экологических и других обследований;

142

• разработку генеральных схем использования и охраны земельных ресурсов, схем землеустройства республик, областей (краев) и административных районов; составление проектов, связанных с охраной и использованием земель;

• составление проектов образования новых и упорядоточе-ния существующих землепользовании с устранением неудобств в расположении земель, отвод земельных участков в натуре;

• разработку проектов внутрихозяйственного землеустройства для землевладельцев, землепользователей и арендаторов;

• образование размещения и определение на местности территорий с особыми природоохранными, рекреационными и заповедными режимами.

Новый Закон о земле устанавливает плату на основе земельного кадастра. Что получено даром, бесплатно, то не ценится. И это одна из причин бесхозяйственного, даже преступного отношения к земле.

Закон о земле предусматривает строгий государственный контроль за использованием и сохранностью земель. В тех странах, где земля в значительной мере является частной собственностью, за ее сохранностью установлен жесткий контроль со стороны государства. И если фермер не соблюдает необходимых требований по сохранению земли и умножению ее плодородия, то по закону он лишается права собственности.

В деле защиты земель большая роль принадлежит общественности. Активисты общества охраны природы выявляют и вовлекают в хозяйственный оборот слабо или вовсе не используемые, но пригодные для этих целей земли. А их немало. Это и свободный приусадебный фонд, и площади около полевых станов, ферм и излишки дорожной сети. Ежегодно по решению общества охраны природы проводится смотр рационального использования земель и мер по повышению плодородия почв.

3.6. РАДИОАКТИВНОСТЬ. ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ. ПРОГРАММА “РАДОН”

Создание ядерного оружия, расширение применения атома в мирных целях при недостаточном обеспечении безопасности радиационного заражения окружающей среды приводят к угрозе проживанию человечества на Земле из-за радиационной загрязненности. Основными источниками потенциальной опасности являются: предприятия по производству расщепляющегося материала для ядерного оружия — Арзамас-16, Челябинск-40, Красноярск-45, Томск-7, 11 действующих атомных электростанций, которые дают около 12% электроэнергии для Российской Федерации (всего на территории России действует

143

31 энергетический реактор и строятся 6 реакторов). По данным организации Гринпис, бывш. СССР обладал 170 атомными подводными лодками, на которых находились 324 реактора. Сейчас действуют семь атомных ледоколов. На территории России расположены 15 полигонов для захоронения радиоактивных отходов, которые также служат источниками потенциальной радиационной опасности. Расщепляющийся материал широко используется в научных исследованиях, приборах и производстве. В России примерно 15 тыс. учреждений используют этот материал для различных целей. Непоправимый вред окружающей природной среде нанесен ядерными испытаниями. Первые испытания проводились в Северном Прикаспии, затем был избран новый полигон на Новой Земле (в 280 км от пос. Амдерма, в 440 и 560 км соответственно от Нарьян-Мара и Воркуты, в 900 км от Мурманска и в 1000 км от Архангельска). На этом полигоне проводились воздушные, наземные, подводные, а затем и подземные испытания — всего 132 взрыва [39].

При испытаниях в атмосфере образуется до нескольких сотен радионуклидов, однако большинство из них имеет ничтожную концентрацию или из-за короткого периода полураспада быстро распадается. Основную опасность облучения населения по прошествии двух лет после взрыва представляют несколько радионуклидов: углерод-14, цезий-137, цирконий-95, стронций-90 и др. При атмосферных испытаниях радионуклиды частично выпадают неподалеку от места взрыва, часть их задерживается в тропосфере и перемещается воздушными течениями на большие расстояния. Они находятся в тропосфере около месяца, постепенно выпадая на землю. Основная часть радионуклидов выбрасывается в стратосферу, выше 10 км над уровнем моря, где они задерживаются на длительное время, очень медленно выпадая на поверхность земли.

Радиоактивное загрязнение приземного слоя атмосферы

В среднем на территории России концентрация суммарной бета-активности составляет примерно 2,16-Ю-4 Бк/м3 (5,8-Ю-15 Ки/м3). Среднесуточная скорость высаждения бета-активных аэрозолей из атмосферы на подстилающую поверхность по России составляет 1,6 Бк^м^г). Максимальные концентрации бета-активных радионуклидов наблюдаются в районах расположения урановых месторождений и в местах использования стройматериалов, содержащих шахтные отвалы и другие отходы горнорудных производств. Это Читинская, Иркутская, Омская и другие области.

144

Наибольшее число случаев кратковременного повышения концентраций радионуклидов в воздухе (84 раза в течение последних двух лет) наблюдается на территории Нижегородской области. В пробах определялись дочерние продукты распада естественных радионуклидов (радия и тория).

За пределами загрязненных в результате Чернобыльской аварии территорий средневзвешанные концентрации в воздухе таких радионуклидов, как цезий-137 и стронций-90, составляет соответственно около 5,1-Ю-7 Бк/м3 (1,4-Ю-17 Ки/м3) и 1,5-Ю-7 Бк/м3 (4,3 -Ю-18 Ки/м3).

Среднемесячные концентрации трития в атмосферных осадках в 1995 г. менялись в диапазоне (2,5—3,3) Бк/л или (6,7 -8,9)-Ю11 Ки/л, что несколько ниже, чем в 1994 г. (5,1 Бк/л), и в основном обусловлено глобальными факторами.

В Курске и Брянске, ближайших к территориям, загрязненным в результате аварии на Чернобыльской АЭС, среднемесячные концентрации цезия-13 7 составляли в среднем 8,6 Бк/м2 в год, что примерно в 8 раз выше фоновых значений. Например, в пос. Красная Гора Брянской области выпадение цезия-13 7 (90 Бк/м2 в год) оказалось почти на 2 порядка выше фонового значения.

Радиоактивное загрязнение местности

После аварии на Чернобыльской АЭС на территории Российской Федерации в 14 областях (Белгородская, Брянская, Воронежская, Калужская, Курская, Ленинградская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Рязанская, Тамбовская, Тульская, Смоленская, Ульяновская), и в Республике Мордовии образовались зоны загрязнения местности цезием-13 7 с уровнем выше 1 Ки/км2 общей площадью почти 55,1 тыс. км2. Эта авария нанесла непоправимый ущерб земельным ресурсам: сотни тысяч гектаров сельскохозяйственных и лесных угодий, обширная сеть водных источников практически навсегда выведены из строя (табл.3.15).

Таблица 3.15

Площади загрязненных территорий в Белоруссии, Российской Федерации и Украине, км2Страна Плотность загрязнения, Ки/км2

5—15 15—40 >40

Белоруссия 10160 Россия 5760 Украина I960 4210 2060 820 2150 310 640

Всего 17880 7090 3100

145

Радиоактивному загрязнению в той или иной степени подверглась территория радиусом более 2000 км.

Территории с уровнями загрязнения цезием-13 7 выше 5 Ки/км2 расположены в Брянской, Калужской, Орловской и Тульской областях. Их общая площадь составляет почти 7900 км2. В Брянской области находятся территории с уровнями более 15 и 40 Ки/км2. Площади этих территорий соответственно равны 2130 и 310 км2.

Систематизация информации, полученной за десятилетний период работы по оценке радиоактивного загрязнения территорий России в результате аварии на Чернобыльской АЭС, позволила уточнить границы зон с плотностью радиоактивных выпадений свыше 1 Ки/км2 по цезию-13 7 с учетом данных пробоот-бора почвы в населенных пунктах, а также вдоль контрольных маршрутов, пересекающих основные “цезиевые пятна”. Уточненные размеры зон повышенного радиоактивного загрязнения приведены в табл. 3.16.

Таблица 3.16

Площади с различными уровнями загрязнения цезием-137, км2, в Российской Федерации по состоянию на август 1995 г.Область, республика Общая площадь, тыс. км2 Площадь загрязнения, Ки/км2

1—5 5—15 15—40 >40

Белгородская 27,1 1620

Брянская 34,9 6680 2700 1900 310

Воронежская 52,4 1660

Калужская 29,9 3400 1350

Курская 29,8 1350

Липецкая 24,1 1630

Ленинградская 85,9 1200

Нижегородская 74,8 85

Орловская 24,7 8300 126

Пензенская 43,2 3900

Рязанская 39,6 5400

Саратовская 100,2 150

Смоленская 49,8 84

Тамбовская 34,3 480

Тульская 25,7 10300 1150

Ульяновская 37,3 .1100

Республика Мордовия 26,2 1940

Республика Татарстан 68,0 170

Чувашская Республика 18,0 60

Всего 49509 5326 1900 310

146

В настоящее время продолжаются работы по изучению динамики миграционных процессов “чернобыльских” загрязнений и распределению основных дозообразующих радионуклидов по различным территориям. Так, исследования в районе г. Плавска Тульской области показывают, что в условиях, способствующих усилению горизонтальной миграции радионуклидов (повсеместная распашка и эрозионно-денудационные процессы), за 10 лет произошло самоочищение междуречий с 5—7 до 3 Ки/км2. При этом неравномерность поля радиоактивного загрязнения в сопряженных ландшафтах стала более заметной:

уровни загрязнения аккумулятивных и денудационных геосистем отличаются в 5 раз.

Исследованиями подтверждено, что площадное загрязнение стронцием-90 не имеет на территории России такого распространения как цезия-137. На западе Брянской области плотность выпадений стронция-90 составляет 0,7 Ки/км2; в Плав-ском районе Тульской области — до 0,4—0,5 Ки/км2 (средние значения глобальных выпадений по Русской равнине — 0,02— 0,04 Ки/км2).

Такая же картина наблюдается при оценке радиоактивного загрязнения трансурановыми радионуклидами. Так, в Новозыб-ковском р-не Брянской области отмечались уровни загрязнения плутонием-239 и 240— около 0,01 Ки/км2, плутонием-238 и америцием-241 — 0,015 Ки/км2.

После аварии на Чернобыльской АЭС больше внимания уделяется контролю за загрязненностью растениеводческой и животноводческой продукции при ее производстве, заготовке и переработке. Во всех областях, за исключением Брянской и Калужской, сено, корнеплоды и фрукты не имели превышений над установленными контрольными уровнями.

В Брянской области в связи с сокращением специальных агротехнических, агрохимических и мелиоративных мероприятий и весенне-летней засухой объемы загрязненных кормов возрастают.

В Калужской области при выборочном обследовании кормовых угодий анализировали пробы кормов в период вегетации и кормозаготовки и рационы кормления животных. В результате было выявлено 6% “грязных” проб сена и 5,6% трав, в основном в частном секторе.

Во всех областях, за исключением Брянской, не отмечалось закупок мяса и молока, загрязненных выше нормативных уровней. Загрязненное молоко переработано на масло и другую продукцию, отвечающую временно допустимым уровням; загрязненное мясо утилизировано.

147

Крупномасштабное загрязнение лесного фонда на территориях, подвергшихся радиационному воздействию вследствие аварии на Чернобыльской АЭС, вызвало значительные изменения и ограничения. Радиационная обстановка в загрязненных лесах остается сложной. Спустя 13 лет после Чернобыльской аварии загрязнение лесного фонда изменяется крайне медленно, так как самоочищение лесов происходит только за счет процесса активного распада. Следует отметить установленное уменьшение мощности экспозиционной дозы в среднем на 13— 15% в результате распада основных дозообразующих радионуклидов и экранирования их лесной подстилкой. Отмечается заглубление радионуклидов на глубину до 15—20 см. При этом 60% радионуклидов содержится в лесной подстилке, а примерно 30% — в слое почвы на глубине до 10 см.

Наибольшие уровни загрязнения лесной растительности цезием-13 7 наблюдаются на торфянистых и сильноподзолистых почвах, наименьшие — на суглинистых, богатых обменным калием и аммонием.

По результатам лабораторного контроля установлено, что даже в зонах с плотностью загрязнения почвы цезием-13 7 1—5 Ки/км2 содержание радионуклидов в грибах, лесных ягодах, травянистой растительности, хвое и листве деревьев, а также в древесине может выходить за приделы установленных нормативов.

На азиатской территории России имеется несколько зон, загрязненных в результате ранее происшедших радиационных аварий на предприятиях ядерного топливного цикла. Это районы, примыкающие к ПО “Маяк”; Восточно-Уральский “стронциевый” радиоактивный след, образовавшийся в 1957 г. после аварии на этом предприятии; “цезиевый” след, возникший вследствие ветрового разноса радиоактивной пыли с берегов оз. Кара-чай в 1967 г., а также зона повышенного загрязнения местности цезием-13 7 в районе Сибирского химического комбината.

По данным Минатома России, на территории этого комбината в зоне наблюдения, расположенной на расстоянии не более 25 км к северу от промзоны, содержание цезия-13 7 в почве составляет 0,05—0,013 Ки/км2, стронция-90 — 0,01—0,03 Ки/км2, что превышает фоновый уровень по цезию-13 7 до 3 раз и по стронцию-90 до 10 раз. Согласно результатам аэрогамма-съемки, проведенной Росгидрометом, в пойме р. Томь имеются отдельные участки радиоактивного загрязнения почв до 2 Ки/км2 по цезию-137. Все это обусловлено многолетней работой производств Сибирского химического комбината, когда газоаэрозольные выбросы, содержащие радионуклиды, распространялись в направлении преобладающих южных ветров.

148

Радиационная обстановка в пределах полигона на Новой Земле и прилегающих территорий Крайнего Севера характеризуется следующим образом. Средний уровень поверхностного загрязнения территории архипелага радионуклидами наиболее высокий для всего Заполярного региона и превышает значения, характерные для Аляски и Гренландии примерно в 2—3 раза. Средняя плотность поверхностного загрязнения цезием-13 7 составляет 90 мКи/км2 и приближается по своей величине к уровню глобального фона загрязнения, характерному для средних широт Северного полушария. Содержание цезия-13 7 в почвах Заполярья убывает в восточном направлении. Это свидетельствует о загрязнении прилегающих к полигону районов Крайнего Севера радиоактивными продуктами испытаний ядерного оружия в атмосфере в результате преимущественно восточного переноса воздушных масс.

На территории архипелага выявлены зоны, характеризующиеся повышенным радиационным фоном, — места проведения испытаний ядерного оружия. Мощность гамма-излучения в этих зонах достигает в настоящее время десятков и сотен микрорентген в час. Размеры этих зон невелики, они обладают статусом санитарно-защитных зон.

Подземные испытания ядерного оружия на архипелаге не внесли сколько-нибудь заметного дополнительного вклада в радиоактивное загрязнение природной среды региона долгожи-вущими радионуклидами. Содержание техногенных радионуклидов в питьевой воде, используемой на архипелаге, как правило, на несколько порядков ниже, чем их допустимая концентрация, регламентируемая нормами радиационной безопасности.

Радиоактивное загрязнение водных систем

В водах рек России концентрация радионуклидов в последние три года оставалась на одном уровне. Средняя по стране концентрация стронция-90 в 1995 г. составляла 7,4 Бк/м3 (2-Ю-13 Ки/л), что в 2000 раз ниже ДК(Б) =4-Ю-10 Ки/л и в 500 раз ниже ВДУ-91=1-10"10 Ки/л для питьевой воды. Средняя концентрация трития в основных реках России колебалась в пределах (4,5— 8,7). Ю-ч Ки/л.

На европейской территории России (кроме рек, протекающих по загрязненным территориям) концентрация стронция-90 в реках составляла в среднем 9,4 Бк/м2 (2,5-Ю-13 Ки/л), а в озе-рах — 13,6 Бк/м3 (3,7-Ю"13 Ки/л). На азиатской территории России концентрация этого радионуклида в реках достигала 6,3 Бк/м3 (1,7-Ю-13 Ки/л), а в озерах— 30 Бк/м^З.МО-13 Ки/л).

149

В водоемах, расположенных на загрязненных территориях европейской части России, наблюдались повышенные концентрации цезия-13 7 и стронция-90, хотя и на уровне, который был существенно ниже допустимых нормативов (ДК(Б) и ВДУ-91). Это — реки Ипуть, У па. Плава, Ока, Жиздра и их притоки.

Концентрация цезия-13 7 в реках Упе, Плаве и Оке сохраняется на уровне (3—7)-Ю-13 Ки/л. Наибольшие концентрации цезия-13 7 были обнаружены в р. Жиздра — от 3-Ю-13 до 2,4-Ю-12 Ки/л. Однако в малопроточных озерах Брянской области, где плотности загрязнения почвы цезием-13 7 выше 40 Ки/км2, содержание в воде этого радионуклида близко или превышает ВДУ-91. Так, концентрация цезия-13 7 в озерах Кожановское и Святое в Красногорском районе составляла соответственно (1,3—2,7)-Ю-10 и (5—8,3)-Ю-10 Ки/л.

На Южном Урале средние концентрации стронция-90 в р. Теча составляли (1,5—3,4) •10-10 Ки/л, что в 750—1700 раз выше фонового уровня.

Концентрации радионуклидов в р. Енисей на расстоянии 250ми 10 км ниже выпуска сточных вод Красноярского горно-химического комбината составляли соответственно 0,01 и 0,002 от допустимых концентраций для смеси сбрасываемых радионуклидов. Основной вклад в активность смеси сбрасываемых радионуклидов вносит короткоживущий изотоп натрий-24. Объемные активности наиболее опасных в радиационном отношении изотопов стронция-90 и цезия-13 7 на расстоянии 250 м ниже места выпуска сточных вод составляли соответственно 6,3-Ю-4 и 2,3-Ю-4 от допустимых концентраций.

В водах Каспийского, Охотского, Японского, Карского и Баренцева морей, а также в водах Тихого океана у берегов Камчатки концентрация стронция-90 колебалась в пределах 2-2,4 Бк/м3 или (4,3—6,5)-10-14 Ки/л. По предварительным данным, в районах захоронения радиоактивных отходов в северозападной части Тихого океана и морях Дальнего Востока концентрации цезия-13 7 в воде и донных отложениях незначительно отличались от наблюдавшихся вне районов захоронениях отходов и составляли (2-4)-Ю-3 Бк/л для воды и Ю Бк/кг сухой смеси для донных отложений.

В 1995 г. подведены итоги трех лет совместных российско-норвежских исследований радиоактивного загрязнения морской воды в районах сброса и захоронения радиоактивных отходов в Карском море, начатых в 1992 г. Эти исследования проводились в потенциально наиболее опасных районах захоронения твердых радиоактивных отходов в Карском море (затопленные объекты с отработавшим ядерным топливом): Ново-земельская впадина Карского моря, заливы на Восточном побе-

150

режье архипелага Новая Земля Циволки, Стенового и Абросимова.

По предварительным данным, уровни радиоактивного загрязнения среды в этих заливах довольно низкие. Однако содержание цезия-13 7 в донных отложениях примерно в 2—4 раза выше, чем в открытом море (5—10 Бк/кг сырой массы). Влияние захоронений локализовано — имеются небольшие загрязненные участки дна. Максимальные концентрации цезия-13 7 в донных отложениях (до 31 кБк/кг сухой массы в заливе Абросимова и до 109 кБк/кг в заливе Степового) обнаружены вблизи контейнеров с радиоактивными отходами.

Повышенные концентрации цезия-13 7 в донных отложениях обнаружены вблизи затопленных объектов с отработавшим ядерным топливом. Так, вблизи одного из затопленных реакторных отсеков в заливе Абросимова уровни содержания указанного радионуклида достигали 8,4 кБк/кг. Этот факт говорит о наличии некоторой утечки радиоактивности из объектов данного типа и потенциальной возможности увеличения опасности распространения радиоактивных веществ в морской среде.

Дозы облучения. Единицы измерения

Здоровье человека после облучения зависит от величины поглощенной дозы альфа-, бета- и гамма-излучения радионуклидов, мощности дозы и от того, какие ткани подверглись облучению. Поглощенная доза излучения определяется энергией ионизирующего излучения переданного массе облучаемого вещества и измеряется в греях (Гр). По Международной системе единиц (СИ) 1 Гр = 1 Дж/кг. Иными словами, это то количество энергии, которое вносится в биологическую ткань орган человека ионизирующим излучением. Ранее величина поглощенной дозы измерялась в единицах, называемых “рад”.

Одинаковые по величине поглощенные дозы необязательно имеют одинаковый биологический эффект. Например, доза в 1 Гр, полученная тканью от альфа-излучения (плутоний-239), приводит к более вредным биологическим последствиям, чем доза в 1 Гр от бета-излучения, так как любая альфа-частица имеет большой заряд, перемещается медленнее и, как следствие, производит большую ионизацию в тканях организма на единичном участке пути.

Для выработки общей основы, позволяющей сравнивать все виды ионизирующих излучений, приводящих к возможному возникновению вредных эффектов от облучения, введено понятие эквивалентной дозы. Она равна произведению поглощен-

151

ной дозы на коэффициент качества ионизирующего излучения в данном объеме биологической ткани.

Эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв). По Международной системе единиц 1 Зв=100 бэр. Например, эквивалентная доза от поглощенной дозы альфа-излучения в 1 Гр равна 20 Зв, а эквивалентная доза от поглощенной дозы рентгеновского или гамма-излучения в 1 Гр равна 1 Зв, т. е в 20 раз меньше, чем от альфа-излучения. Эквивалентная доза является основной величиной в радиационной защите, так как она позволяет оценить риск от вредных биологических последствий облучения биологической ткани различными видами излучения независимо от их вида или энергии.

Однако риск от возможного смертельного исхода от злокачественного новообразования в расчете на единицу эквивалентной дозы излучения будет различным для разных тканей человека. Например, риск возникновения опухолей в щитовидной железе от эквивалентной дозы в 1 Зв ниже, чем при возникновении злокачественной опухоли в легких от эквивалентной дозы в 1 Зв примерно в 2 раза, что обусловливается различной чувствительностью органов и тканей. В связи с этим в радиационной защите при оценке вероятности возникновения злокачественных новообразований используют еще один показатель — эффективную дозу или сумму средневзвешенных эквивалентных доз.

В общем, эффективная доза рассматривается как полный показатель риска для здоровья, обусловленного воздействием ионизирующего излучения любой продолжительности, независимо от вида и энергии излучения. При этом выделяют соматические эффекты, которые наблюдаются при облучении данного организма, и генетические эффекты, развивающиеся в результате радиационного воздействия на зародышевые клетки организма и проявляющиеся у потомства.

Соматические эффекты в свою очередь разделяют на ранние, проявляющиеся в развитии различных вариантов острой или хронической лучевой болезни или местных лучевых повреждений, и поздние, к которым относят повышенный риск развития лейкозов, опухолей и сокращение продолжительности жизни (так называемый синдром преждевременного старения).

В проявлении ранних соматических эффектов характерна четкая зависимость от дозы облучения, которая может вызвать радиационное повреждение разной степени тяжести: от скрытых, т.е. незначительных поражений без клинических проявлений, до смертельных форм лучевой болезни. Так, клинически значимое подавление кроветворения при остром облучении наблюдается с порогом 0,15 Гр поглощенной дозы во всем крас-

152

ном костном мозге. Пороговая доза для лучевой катаракты — 015 Гр/год. При однократном разовом облучении пороговая доза для временной стерильности у мужчин составляет около О 15 Гр. Радиационные поражения кожи малой, средней и большой степени тяжести развиваются при местном облучении соответственно в дозах 8—10, 10—20, 30 Гр и более. Пороговой считается доза в 1 Гр, которая вызывает острую лучевую болезнь.

Эффективность хронического облучения также зависит от мощности дозы. К примеру, облучение персонала дозой О 005 Зв/год не позволяет выявить повреждений с помощью современных методов исследования. Хроническое облучение в течение нескольких лет дозой 0,1 Зв/год вызывает снижение неспецифической резистентности организма, а дозой 0,5 Зв/год может привести к развитию хронической лучевой болезни.

Данные Международной комиссии по радиологической защите (1990 г.) о вероятности смертельных случаев от рака при облучении дозой 0,01 Зв приведены в табл. 3.17.

Таблица 3.17

Вероятность ущерба для отдельных органов (при облучении дозой, равной 0,01 Зв (1 бэр)Ткань или орган Вероятность смертельных случаев от рака, Ю-2 Зв Совокупный ущерб*

Все население Работающие Все население Работающие

Желудок 1,10 0,88 1,00 0,80

Кожа 0,02 0,02 0,04 0,03

Красный костный мозг 0,50 0,40 1,04 0,83

Легкие 0,85 0,68 0,80 0,64

Молочные железы 0,20 0,16 0,36 0,29

Мочевой пузырь 0,30 0,24 0,29 0,24

Печень 0,15 0,12 0,16 0,13

Пищевод 0,30 0,24 0,24 0,19

Поверхность кости 0,05 0,04 0,07 0,06

Толстый кишечник 0,85 0,68 1,03 0,82

Щитовидная железа 0,08 0,06 0,15 0,12

Яичники 0,10 0,08 0,15 0,12

Остальные органы 0,50 0,40 0,59 0,47

Всего 5,00 4,00 5,92 4,74

Половые железы

Наследственные нарушения

1,00 | 0,6 I 1,33

0,88

*В понятие “совокупный ущерб” включены и несмертельные случаи раковых заболеваний.

153

Оценка риска возникновения злокачественных опухолей в значительной мере основана на результатах обследования пострадавших при атомных бомбардировках Хиросимы и Нагасаки. У жителей, перенесших атомную бомбардировку, выявлялось учащение случаев заболевания по мере возрастания поглощенной дозы.

Получены новые данные и о частоте возникновения злокачественных новообразований, индуцируемых радиационным воздействием. Индукция рака щитовидной железы в течение 1959—1970 гг. составляла около 14-Ю-6 случаев на 0,01 Гр (рад) поглощенной дозы у жителей Хиросимы и Нагасаки. У детей, подвергшихся облучению, вероятность индукции рака щитовидной железы была значительно выше, чем у взрослых. Радиоактивный стронций-90, избирательно откладываясь в костях, вызывает остеосаркомогенные эффекты. Пороговым в эксперименте являются поглощенные дозы не ниже 7 Гр (700 рад) в костной ткани. Имеются сообщения о развитии рака легкого, прямой кишки, мочевого пузыря и о двух случаях базалиомы в группе из 65 лиц, работавших с люминесцентной радиоактивной краской, содержащей радий-226 и стронций-90.

Накопленные данные о стохастических эффектах радиационного воздействия позволили по-иному оценить значения радиационного риска. В настоящее время Международная комиссия по радиологической защите оценивает радиационный риск на единицу дозы в 4—5 раз выше, чем считалось, например, в 70—80-е годы. В соответствии с этим рекомендованы и новые дозовые пределы облучения. Для профессиональных работников — 100 мЗв (10 бэр) за 5 лет с допустимым максимумом в 50 мЗв (5 бэр) за один год. Для населения дозовый предел облучения определен в 1 мЗв в год (0,1 бэр).

Каждый человек в течение своей жизни подвергается воздействию ионизирующего облучения за счет: естественных источников; техногенно-измененного радиационного фона; источников, используемых в медицине; эксплуатации объектов атомной энергетики и промышленности; радиоактивных выпадений, образовавшихся в результате испытаний ядерного оружия. Сравнительная шкала доз облучения населения стран СНГ, рекомендуемых дозовых пределов, а также эффектов ионизирующего излучения приведена на рис. 3.13.

За счет естественных источников излучения население земного шара получает основную дозу облучения, которая формируется в результате внешнего облучения (если радиоактивные вещества находятся вне организма человека) и внутреннего облучения (в том случае, когда радиоактивные вещества посту-

154

мЗв

100

Дозы облучения, при которых возможно возникновение ранних эффектов

Основной предел дозы облучения персонала

10

Среднегодовые дозы облучения от естественных радиоактивных источников

Среднегодовые дозы облучения населения районов, пострадавших от аварии на ФАЭС

Дозы облучения от медицинской диагностики

Отсутствие ранних эффектов. Индукция рака и наследственных эффектов в соответствии с концепцией беспороговой линейной зависимости "доза-эффект"

Основной предел дозы облучения населения

Доза облучения от радона в жилищах

.Г" 0,1

Доза облучения населения в районах расположения предприятий атомной промышленности. (ПО "Маяк", Сибирский химический комбинат, Красноярский горно-химический комбинат)

0,01

0,001

Среднегодовая доза от радиоактивных выпадений в связи с проводившимися испытаниями ядерного оружия

Дозы облучения от выбросов естественных радионуклидов при эксплуатации теплоэлектростанций

Среднегодовая доза от эксплуатации атомных электростанций

Рис. 3.13. Сравнительная шкала доз облучения населения стран СНГ, рекомендуемых дозовых пределов, а также эффектов ионизирующего излучения

пают с водой, продуктами питания или с воздухом, которым человек дышит).

Облучению от естественных источников излучения подвергается любой житель нашей планеты в течение всей своей жизни — избежать этого невозможно. Конкретные дозы облучения человека от естественных источников зависят от того, где они живут (уровень радиации в некоторых местах земного шара,

155

особенно там, где залегают радиоактивные породы, может быть значительно выше среднего), а также от образа жизни, используемых строительных материалов и т.д.

Поглощенные человеком дозы ионизирующего излучения за год приведены на рис. 3.14, шкала степени облучения человека — на рис. 3.15 и зависимость уровня радиации от типа дома — на рис. 3.16.

Недавно в печати появилась информация о том, что радиация поражает не только сердце и кровь, но и мозг человека (Известия, 1997, 3 окт.). Радиационное разрушение мозга — это психическое заболевание, приводящее к слабоумию. Эта болезнь поразила не только часть ликвидаторов, работавших на Чернобыльской АЭС, но и детей, родившихся спустя несколько лет после катастрофы.

Несмотря на усилия врачей, число умственно деградирую-щих людей растет. Облученные, ставшие пациентами психиатрических клиник, возвращаются туда вновь с ухудшением здоровья.

Сегодня на Украине “чернобыльское слабоумие” изучают лишь в одном научном учреждении — НИИ социальной и судебной психиатрии. К сожалению, до сих пор не установлена минимальная доза облучения, вызывающая атрофию мозга.

Рис. 3.14. Поглощенные человеком дозы ионизирующего излучения за год: 1 — в естественных условиях; 2 — перед экраном телевизора; 3 — в рентгеновском кабинете; 4 — в самолете

156

^450 бэр Тяжелая степень лучевой болезни (погибают 50 % облученных)

, 100 бэр Нижний уровень развития легкой степени лучевой болезни

75 бэр Кратковременные незначительные изменения состава крови

30 бэр Облучение при рентгеноскопии желудка (местное)

Допустимое аварийное облучение персонала(разовое)

Допустимое аварийное облучение населения(разовое)

Допустимое облучение персонала в нормальных условиях за год

Облучение при рентгенографии зубов

БООмбэр Допустимое облучение населения /(О.Обмбэр/ч) внормальныхусловияхзагод

^ЮОмбэр Фоновое облучение за год "(0,011 мбэр/ч)

1 мкбэр Просмотр одного хоккейного матча по ТВ

Рис. 3.15. Шкала степени облучения человека

Наконец, еще не решены вопросы с условно-радиоактивными отходами. Все это приводит к повышению риска для населения получить опасную дозу облучения в самом неожиданном месте, в том числе в собственном доме, что случалось уже неоднократно, когда при строительстве использовали панели, изготовленные из материалов с мощным излучением. Специалистами Экологического фонда России обнаружено, что в ряде школ Московского региона экспозиционная доза излучения превышает нормальный фон в 300 раз. Объяснялось это

157

Каменный дом

•Г1!""!!!]!)

Деревянный дом

Таблица 3.18

Дозы облучения в зависимости от времени пребывания в поле излучения, мбэрМощность дозы, мбэр/ч Время пребывания

1 час 1 сутки 1 неделя 1 месяц 1 год

0,01 0,01 0,24 1,7 7,2 87,6

0,02 0,02 0,48 3,4 14,4 176

0,03 0,03 0,72 5 21,6 263

0,04 0,04 0,96 6,7 28,8 360

0,05 0,05 1,2 8,4 36 438

0,06 0,06 1,44 10,1 43,2 526

0,07 0,07 1,68 11,8 50,4 613

0,08 0,08 1,92 13,4 57,6 701

0,09 0,09 2,16 15,1 64,8 788

0,1 0,1 2,40 16,8 72 876

0,2 0,2 4,8 33,6 144 1750

0,3 0,3 7,2 50,4 216 2630

0,4 0,4 9,6 67,2 288 3500

0,5 0,5 12 84 380 4380

0,6 0,6 14,4 101 432 5260

0,7 0,7 16,8 118 504 6130

0,8 0,8 19,2 134 576 7010

0,9 0,9 21,6 151 648 7880

1,0 1,0 24 168 720 8760

Рис. 3.16. Зависимость уровня радиации от типа дома

тем, что в кабинетах физики и химии годами скапливались “светящиеся” приборы, измерительные шкалы, эталоны из дозиметрической аппаратуры (подаренные школам шефами), пробирки с радиоактивными торием, цезием, стронцием и др. Другой пример. Около шести лет назад на 26-м километре МКАД был обнаружен пустырь, где уровень радиоактивного загрязнения превышал норматив в 2820 раз, что представляло смертельную опасность для населения.

В табл. 3.18 приведены дозы облучения в зависимости от времени пребывания в поле излучения, шкала степени облучения человека и поглощенные человеком дозы излучения за год в зависимости от условий.

Программа “Радон”

В ежегодной дозе облучения, получаемой человеком, доля продуктов ядерных испытаний составляет всего 0,7%. От атомной энергетики и прочих техногенных источников человек получает 0,3%. Зато ионизирующие излучения при медицинских обследованиях и лечении, к которым многие относятся довольно легкомысленно, дают 34% этой дозы. И все-таки главная опасность исходит от природных источников: на естественный фон приходится 22% суммарной дозы, а на продукты распада радона — 43%. Радон образуется при распаде урана-238, то-рия-232 и радия-226, содержащегося в почвах и многих минералах.

Инертный радиоактивный газ без цвета и запаха, радон через трещины и “поры” земной поверхности непрерывно и повсеместно поступает в атмосферу. Распадаясь, он порождает

158

159

новые короткоживущие радиоактивные продукты. Земля, на которой стоят дома, материалы, из которых они построены, могут служить мощными источниками радона. Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или высвобождаясь из строительных материалов, он накапливается в помещениях, особенно в частных домах и на первых этажах. В результате часто возникают довольно высокие уровни радиации.

Опасен не столько радон, сколько его дочерние продукты — естественные радиоактивные аэрозоли. При дыхании они попадают в легкие, прикрепляются к тканям, в результате чего происходит внутреннее облучение человека альфа-частицами, биологический эффект которых в 20 раз выше, чем от дозы гамма-частиц. Медицинские последствия такого действия выражаются в росте онкологических заболеваний. По данным научного комитета ООН по воздействию атомной радиации, около 20% всех заболеваний раком легких может быть обусловлено воз- | действием радона и продуктов его распада. По оценкам этого | комитета, в промышленно развитых странах люди проводят внутри помещений около 80% времени. Там они и получают наибольшую дозу радонового облучения. Вот почему на Западе в широких масштабах проводят замеры уровня радона в воздухе жилых и производственных зданий.

Уроки конца 70-х гг., когда в Швеции и Финляндии обнаружили строения, внутри которых концентрация радона в 5000 раз превышала его содержание в наружном воздухе, побудили к организации разветвленной сети контроля за радоном, особенно в Скандинавии, где преобладает скальный грунт. Агентство США по защите окружающей среды на основании более 2 млн. измерений внутри жилых и служебных зданий установило, что в ряде штатов около 30% помещений имеют повышенный уровень содержания радона. Результаты подобных измерений обязательно учитываются при оценке стоимости домов и участков под застройку. По данным специалистов США, сотни тысяч американцев, живущих в домах с высокой концентрацией радона, получают за год такую же дозу радиации, какую получили жители Чернобыля и его окрестностей во время аварии. Чрезвычайно обеспокоенное этим обстоятельством агентство выпустило специальную “Памятку для граждан США по радону”.

В некоторых районах графств Корнуэлл и Девоншир (Великобритания) 30% домов имеют “активный уровень” содержания радона. Есть неблагополучные районы и в Дербишире, Со-мерсете, Нортхемптоншире. Английское национальное управление по радиологической защите задачей номер один считает определение всех жилищ с повышенным содержанием радона.

160

Уже заготовлено более 240 тыс. анализаторов для проведения обследований.

В России систематические исследования доз облучения населения от природных радионуклидов по всей территории страны не проводились. Однако имеющиеся фрагментарные данные позволяют считать, что по уровням облучения России принципиально не отличается от хорошо" изученных районов Европы и Америки. По различным оценкам, коллективная доза “природного” облучения населения России в 25—300 раз больше, чем “техногенного”, включая и аварии на АЭС.

В России утверждена федеральная целевая программа “Радон”. Она предусматривает организацию и проведение широкомасштабных обследований, осуществление неотложных реа-билитационных мероприятий. Финансирование программы предполагалось в размере 45 млрд. руб. В январе 1996 г. принят “Закон о радиационной безопасности населения”, в котором впервые подчеркивалось, что защита должна обеспечиваться не только от техногенных, но и от природных источников радиации. В этом законе говорится о необходимости обследования на радиационную безопасность жилых и общественных зданий.

Вне рамок программы по договорам с региональной администрацией и заинтересованными ведомствами обследован ряд населенных пунктов. По уровню радоноопасности выделяются некоторые территории Читинской области. Ставропольского края, Южного Урала, Северо-Западного региона и др. Однако и в относительно благополучных районах страны имеются участки с повышенным содержанием радона в жилых и производственных зданиях.

Проведенные обследования явились одним из обоснований федеральной целевой программы “Радон” на 1997—2000 гг. Выполнение ее позволит снизить среднюю дозу облучения от природных источников на 20—25%, в радоноопасных регионах — в 2—3 раза, а для наиболее облучаемых групп населения — в десятки раз.

По состоянию на начало 1996 г. в разных стадиях подготовки находилось около 25 региональных целевых программ “Радон”. Запланированный объем их финансирования, по неполным данным, составляет примерно 30 млрд. руб. из бюджетов субъектов РФ и 16 млрд. руб. — из внебюджетных источников. А общий объем ассигнования на финансирование программы из средств федерального бюджета — 177,4 млрд. руб.

3.7. ШУМ, ВИБРАЦИЯ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Антропогенный шум, вибрация и электромагнитные воздействия также приводят к загрязнению окружающей среды. Ме-

6—3497

161

ханические вибрации возникают практически во всех механизмах с разными амплитудами и присутствующими частотами, поэтому они могут быть моно-, би- и полигармонические, случайные с широким диапазоном частот. Вибрация резко влияет на иммунную и сердечно-сосудистую системы, состав крови и т.д.

Акустический шум — это распространяемые в воздухе беспорядочные звуковые колебания различной физической природы. В отличие от вибраций они характеризуются высокими частотами колебаний (20 Гц — 20 кГц и выше) и амплитудой случайной величины.

Акустический шум оказывает вредное влияние на организм человека и даже может вызвать шумовую болезнь, которая характеризуется тугоухостью, гипертонией (гипотонией) и головной болью.

Акустический шум всегда существовал в природе в виде естественных звуков, привычных для человека, без которых он многое утратил бы в своем мироощущении. Это приятные звуки: шорох листьев, пение птиц, морской прибой, равномерный шум водопада, дождя. Полная тишина гнетет человека.

Для измерения уровня акустического шума применяется логарифмическая единица отношения двух величин акустических мощностей: бел (Б) и чаще применяемая десятая часть бела — децибел (дБ). При использовании электронных шумомеров со шкалой “А” — уровень звука для широкой полосы частот (система “Броль и Къер”) — объективное измерение уровня громкости звука производится в единицах дБ-А.

Интенсивный технический прогресс сопровождается увеличением искусственного шума, вредного для человека, а при больших уровнях опасного.

В городе возникает в основном шум от транспорта. Уровень эквивалентного, т.е. общего, шума в ряде производств достигает 60—70 дБ и более (при норме'40 дБ). На производстве почти все механизмы создают шум, который распространяется на большие расстояния (особенно значителен шум на горных работах — от проходческих комбайнов; на обогатительных фабриках — в цехах крупного и мелкого дробления пород; на металлургических заводах — в металлопрокатных цехах).

В горно-обогатительном и металлургическом производствах шум достигает 75—80 дБ, шум от взрывов и турбореактивных двигателей — 110—130 дБ, от городского транспорта — 70—90 дБ со спектром частот на максимуме энергии 400—800 Гц. Так, в Москве территории со сверхнормативным уровнем шума достигли 30% общей площади городской застройки, где проживает около 3 млн. человек. В ряде промышленных горо-

162

пов эта доля еще более весома. По данным ВОЗ, реакция на шум со стороны нервной системы начинается при уровне шума 40 дБ, а нарушение сна — при 34 дБ. При уровне шума 70 дБ происходят глубокие изменения в нервной системе вплоть до психического заболевания, а также изменения зрения, слуха, состава крови и т.д. Шкала силы звука приведена на рис. 3.17.

Методы борьбы с производственным и бытовым шумом определяются его интенсивностью, спектральным составом и диапазоном граничных частот. В России действует специальный ГОСТ 12.1.003-83 “Шум. Общие требования безопасности”, который ограничивает предельные акустические параметры машин и оборудования, устанавливает максимально допустимые уровни акустических шумов. При этом методы могут быть техническими и организационными.

Технические методы основаны на снижении акустического шума в месте его возникновения и ограничении зоны распространения, создании звукопоглощающей среды. Снижение шума достигается устранением и заменой шумящих технологических операций, своевременным ремонтом механизмов.

Для уменьшения зоны распространения шума применяют специальные устройства — глушители на автомобилях, локомотивах, пневматических перфораторах, а также виброизоляцию со специальными резинопружинными амортизаторами в компрессорах, автомобильных двигателях и буровых станках. С целью поглощения звука создают звукоизолирующие и звукопоглощающие ограждения из материала.

Организационные методы состоят в выборе соответствующих архитектурно-планировочных решений, разделении площади на функциональные зоны, создании поглощающих сооружений и посадке деревьев.

Для защиты от шума используют индивидуальные средства:

наушники, резиновые заглушки и заглушки из пористого материала типа “беруши”.

Масштабы электромагнитного загрязнения среды стали столь существенны, что Всемирная организация здравоохранения включила эту проблему в число наиболее актуальных для человечества. За последние несколько десятилетий сформировался новый фактор окружающей среды — электромагнитные поля (ЭМП) антропогенного происхождения. Некоторые специалисты относят ЭМП к числу сильнодействующих экологических факторов с катастрофическими последствиями для всего живого.

Напряженность полей возрастает особенно резко вблизи ЛЭП, радио- и телестанций, средств радиолокации и радиосвязи (в том числе мобильной и спутниковой), различных энергетических и энергоемких установок, городского транспорта.

163

С точки зрения эволюционного процесса, как отметил ди-оектор Центра электромагнитной безопасности О. Григорьев, колоссальный рост напряженности ЭМП можно рассматривать как одномоментный скачок с неясными пока биологическими последствиями.

Результатом продолжительного воздействия ЭМП даже относительно слабого уровня могут быть раковые заболевания, изменения поведения, потеря памяти, болезни Паркинсона и Альцгеймера, синдром внезапной смерти внешне здорового ребенка, угнетение половой функции и многие другие заболевания. Особо следует отметить опасность воздействия ЭМП для развивающегося в утробе матери организма (эмбриона) и детей, а также людей, подверженных аллергическим заболеваниям, поскольку они обладают исключительно большой чувствительностью к ЭМП.

За последние годы в городах количество разнообразных источников ЭМП во всем частотном диапазоне (вплоть до десятков гигагерц) резко увеличивается. Это системы сотовой связи, неисчислимое количество систем мобильной связи, радары ГАИ, несколько новых телеканалов и десятки радиовещательных станций. При выдаче разрешения на эксплуатацию конкретного объекта, как правило, не учитывается общая электромагнитная обстановка, сложившаяся в предполагаемом месте размещения нового источника ЭМП, в основном из-за отсутствия возможности получения данных такого рода. В Москве уровень радиоактивного фона возрос на 2—3 порядка, и, что особенно важно, распределялся крайне неоднородно. Особую озабоченность вызывает электромагнитная обстановка около радиопередающих центров, что следует из приведенных ниже данных.

Уровень средней напряженности переменного электрического поля в диапазоне от 100 кГц до 3 гГц

Район измерения

Относительная величина напряженности ЭМП

..1,00 .1,01 ,.4,05 ,.1,35 ..7,60 .4,16 ..2,0

..9,40

Вне города................................................

Троице-Лыково ........................................

Строгино (ул. Твардовского)...................,

Строгино (ул. Маршала Катукова) .........

Кутузовский проспект ............................

Садовое кольцо (р-он Крымского моста) Ленинградское шоссе ..............................

Крылатское (ул. Народного ополчения,

Р-не Октябрьского радиопередаюшего центра). 165

Неоднородность электромагнитного или переменного полей заключается в том, что в некоторых районах, на улицах или проспектах их фон меняется в 5—7 раз и более. Причинами этого являются различный рельеф местности, неоднородные застройки, мощность генерирующих источников. Передвигаясь по улицам города, человек попадает в течение короткого времени в зоны с разной напряженностью поля, а это значит, что каждый раз должны срабатывать механизмы адаптации. Очевидно, что такой режим не является естественным для человека, а следовательно, опасен.

Неоднородность распределения уровня ЭМП имеет место и в Санкт-Петербурге, как показывают выполненные Г. Гиви-швили исследования. Из рис. 3.18 видно, что уровень ЭМП снижается по мере удаления от центра города.

Заметим, что ставший привычным для крупного города фон низкочастотного электромагнитного поля соответствует ситуации высокой геомагнитной активности (магнитные бури), а тому, что происходит на отдельных участках, и вовсе трудно найти природный аналог. Например, в электропоездах уровень ЭМП превышает естественный фон в сотни тысяч раз, а напряженность переменного магнитного поля может достигать ЮмТл. Такие резкие изменения поля, безусловно, могут служить пусковым механизмом для патологических процессов у людей, уже страдающих от сердечно-сосудистых заболеваний.

Интенсивность ЭМП в Санкт-Петербурге примерно в тысячу раз превышает фон за чертой города. В отдельные дни, в основном рабочие, средняя напряженность техногенных низкочастотных полей составляет около 600 нТл, в субботу и воскресенье интенсивность ЭМП падает в 1,5 раза.

80 60 40 20 0 20 40 60 80км Рис. 3.18. Уровень ЭМП в Санкт-Петербурге и его окрестностях

Существенно меньше исследован вопрос о влиянии на человека ЭМП низких и сверхнизких частот (от тысячных долей до

десятков герц). Между тем в последнее время появились данные свидетельствующие о том, что низкочастотные поля доставляют человеку неприятностей не меньше, чем высокочастотные. Эти поля генерируются при работе многочисленных электроустановок производственных предприятий и городского транспорта, в вагонах метро, троллейбусов, трамваев и электричек.

Изложенное выше не означает, что все поголовно заболеют от ЭМП, но информация о состоянии электромагнитной обстановки должна быть известна некоторым группам населения, особенно людям с ослабленным здоровьем, пожилым людям со стимуляторами сердечной деятельности.

Для того чтобы ослабить вредные воздействия на человека источников электромагнитного поля промышленной частоты, вокруг этих источников должна быть отведена санитарно-защитная зона. Размер этой зоны зависит от вида источника излучения, напряжения в передающей линии и ряда других факторов.

На рис. 3.19 приведена зависимость ширины опасной зоны от напряжения ЛЭП. Находясь вне этой зоны, можно быть уверенным, что напряженность электрического поля внутри построек и на открытой территории меньше, чем гигиенический норматив 5 кВ/м, однако нет уверенности в том, что и такие уровни поля при систематическом воздействии безопасны для здоровья человека.

На сегодняшний день многие специалисты принимают за безопасные для постоянно проживающих вблизи ЛЭП людей уровни электрического поля менее 0,1 мкТл. Человек, возделы-

10 м 20 м 30 м 40 м 50 м

Рис. 3.19. Зависимость ширины опасной зоны от напряжения ЛЗП

166 167

вающий грядки под линией электропередачи напряжением 500—735 кВ, находится в зоне действия ЭМП с напряженностью электрической компоненты более 10 кВ/м. Гигиенические нормативы разрешают работнику находится в зоне действия электрического поля с частотой 50 Гц и напряженностью 10 кВ/м не более 3 ч, а для поля напряженностью 20 кВ/м и выше — не более 10 мин в день. Следовательно, строить дома под высоковольтной линией не рекомендуется.

Для защиты от электромагнитного поля разработаны специальные рекомендации по снижению напряженности электрического поля, генерируемого системами распределения и передачи электроэнергии. Например, предлагается заземлять металлическую крышу, а на неметаллическую крышу устанавливать заземленную сетку. Для снижения электрического поля на открытой местности могут применяться железобетонные заборы, тросовые экраны или просто посадки деревьев и кустарников высотой более 2 м. Отличительная особенность всех этих мер состоит в том, что они могут и не защитить от воздействия электрического поля, но в любом случае предполагается, что после защитных мероприятий будут проведены специальные измерения полей. Заметим, что для магнитной составляющей все эти рекомендации бесполезны — защиты от низкочастотного магнитного поля практически не существует.

В последнее время большой интерес в России вызывает проблема воздействия электромагнитных полей, образующихся вокруг теле- и радиопередающих вышек, на здоровье людей, проживающих в районе их расположения.

В крупных российских городах расположено около десятка телевизионных и радиопередающих вышек. Так, если недавно в Москве действовали четыре канала радиовещания в УКВ-диапазоне, то сейчас уже насчитывается 14 УКВ-каналов и 18 каналов в диапазоне FM. В большинстве своем передатчики FM-диапазона расположены в неподходящих местах. Как правило, телевизионные башни, например. Останкинская в Москве, возведены непосредственно в районах жилой застройки, что приводит к электромагнитному загрязнению окружающей среды.

В связи с этим несомненный научный и практический интерес представляют результаты исследований, проведенных в г. Бирмингеме (Великобритания) группой X. Долк из Лондонского института гигиены и тропической медицины (Известия, 1998,4февр.).

Телевизионная башня “Sutton Goldfield” в Бирмингеме ведет вешание на восьми телевизионных каналах общей мощностью передатчиков 1000 кВт и на трех радиоканалах в диапазоне

168

УКВ (FM) мощностью 250 кВт. Мачта высотой 240 м расположена на расстоянии 200 м от жилого комплекса. Всего в радиусе 10 км от башни проживают 400 тыс. человек.

Британские исследователи разделили 10-километровую зону вокруг башни на 10 концентрических колец и изучили медицинскую статистику по заболеваниям всеми формами рака с 1974 по 1986 г. Результаты обследования приведены на рис. 3.20. Полукилометровая зона вокруг башни оказалась в буквальном смысле слова смертельной. Здесь болели лейкемией почти в 10 раз чаще, чем за пределами этой зоны. На расстоянии 1—3 км от телевизионной башни жители подвергались риску заболеть лейкозом в 1,5—2,5 раза чаще, чем население этого района. Лишь на расстоянии более 6 км от башни смертельное влияние ее прекращалось.

Максимальные уровни излучения, зарегистрированные вблизи поверхности земли около телебашни, составили 1,3 мкВт/см2 для телевизионного сигнала и 5 мкВт/см2 для радиосигнала FM. Эти уровни стандартны для электромагнитной обстановки вокруг излучающих устройств.

В настоящее время группа лондонских ученых продолжает обширное эпидемиологическое обследование жителей территорий, прилегающих к 21 британской радиопередающей станции. При этом они выделяют три группы радиопередающих объектов в зависимости от их возможной опасности для здоровья.

23 4567 Расстояние до телевышки, км

Рис. 3.20. Гистограмма зависимости риска заболевания лейкемией от расстояния жилого микрорайона до телебашни. Число на вертикальной оси показывает, во сколько раз больше

жителей Бирмингема заболело лейкозами по сравнению со средним уровнем

169

К первой группе относятся передающие центры телевизионного сигнала с передатчиками мощностью более 500 кВт и УКВ (РМ)-передатчиками, мощностью 250 кВт, ко второй группе — радиопередающие центры УКВ (РМ)-диапазона с передатчиками мощностью до 250 кВт и к третьей группе — телевизионные башни с передатчиками мощность 500—1000 кВт.

Ученые пока не могут ответить на вопрос, почему именно излучение передатчиков УКВ (РМ)-диапазона, а особенно в сочетании с телевизионным сигналом могут наносить особый вред здоровью человека. Приведенные параметры передатчиков достаточно стандартны. Так, по классификации X. Долк, телевизионные башни в крупных российских городах могут быть отнесены к третьей группе, а к первой группе можно отнести мачту Останкинского телевизионного передающего центра. Тот факт, что суммарная мощность передатчиков УКВ (РМ)-диапазона на многих объектах не превышает 25 кВт, еще ;

не означает, что уровень воздействия электромагнитного поля можно считать абсолютно безопасным. Ведь интенсивность поля зависит не только от мощности передатчика, но и от рас- j стояния. Например, слабый передатчик мощностью 5 кВт на расстоянии 100 м создает такую же интенсивность облучения, как и мощный передатчик в 100 кВт на расстоянии 2 км.

В связи с тем, что вопрос о влиянии на здоровье человека электромагнитных полей теле- и радиопередающих башен в районах жилых застроек в городах России пока малоизучен, необходимо провести аналогичные исследования в крупных городах России.

3.8. КЛИМАТ

Под климатом принято понимать многолетний режим погоды, присущей данной местности в соответствии с ее географическими условиями. Он характеризуется осредненными климатическими показателями.

Погодой называют ход процессов в атмосфере в данное время. Ее характеризуют различные метеорологические элементы:

солнечная радиация (продолжительность солнечного сияния), температура воздуха и поверхности почвы, влажность воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, облачность, осадки, снежный покров, горизонтальная видимость и другие атмосферные явления.

Климат — это свойство тропосферы, которая входит в географическую оболочку (биосферу). Поэтому естественно, что он изменяется вместе со всей природой поверхности Земли и зависит от остальных компонентов географической оболочки.

170

В то же время климатические свойства атмосферы тесно связаны с деятельностью Солнца.

В XX в. — веке научно-технического прогресса и увеличивающегося загрязнения окружающей среды — стало очевидным, что на потепление климата на Земле определенное влияние оказывает деятельность человека.

В 1979 г. в Женеве состоялась Первая всемирная конференция по климату, организованная Всемирной метеорологической организацией. На конференции акад. Е. К. Федоров высказал мнение, что в будущем неизбежны изменения климата и они станут заметны в ближайшие несколько десятилетий. Он предложил выработать систему заранее спланированных действий, которые могли бы избавить человечество от негативных последствий этого процесса.

Действительно, за минувшие годы произошли заметные изменения в климате городов и промышленных регионов, вызванные эффектами урбанизации, с одной стороны, локальным изменением подстилающей поверхности, с другой — тепловым и аэрозольным загрязнением атмосферы над этими регионами. Как правило, это приводит к повышению ночных и среднесуточных температур воздуха (особенно в холодный период года), увеличению количества атмосферных осадков с наветренной стороны городов и уменьшению с подветренной, к систематическим локальным изменениям характеристик влажности воздуха и облачности над урбанизированными регионами.

Изменения химического состава атмосферы, заметно ускорившиеся в последние десятилетия, выражаются в увеличение содержания в ней так называемых “парниковых газов” (углекислого газа, метана, фреонов и некоторых других малых газовых составляющих атмосферы). Следствием этого является рост средней на планете температуры воздуха у земной поверхности, составивший за последние 100 лет около 0,5 К.

По мнению ученых, с процессом глобального потепления связаны региональные климатические изменения на территории России. Основные тенденции прогнозируются с учетом изменений химического состава атмосферы и соответствующего изменения глобального термического режима на ближайшие десятилетия.

Последнее десятилетие характеризовалось для европейской территории некоторым понижением температуры воздуха летом (в среднем на 0,5 К), а для азиатской — значительным увеличением температуры зимой (до 3 К); почти по всей территории страны наблюдался рост годовых сумм атмосферных осадков на 5—10%. Вместе с тем возросла повторяемость крупных засух в степной и лесостепной зонах. Считается, что, по Край-171

ней мере, часть этих изменений обусловлена именно антропо-генными изменениями глобального климата.

В Северном полушарии продолжается потепление, которое в 1990 г. достигло рекордных значений (средняя годовая температура была выше, чем в базовый период 1951—1980 гг. на 0,55°С). В 1986—1991 г. средняя годовая аномалия температуры в целом для территории Российской Федерации и прилегающих к ней государств составила +0,6°С. В последующие годы происходило повышение температуры воздуха. Максимальные значения аномалий температуры в Средней Сибири, Прибайкалье, Забайкалье и на северо-востоке страны отмечались в 1990 г., а на европейской территории, в Западной Сибири, Приамурье и Приморье — в 1989 г.

В 1992 г. как в Северном полушарии, так и во всех регионах Российской Федерации и в прилегающих к ней государствах потепление было выражено слабее, хотя по-прежнему температура превышала норму. При этом положительные аномалии температуры сохранялись в большинстве районов в течение 9—10 мес.

Оценивая общую тенденцию изменения климата в текущем столетии, можно отметить, что в целом для территории Российской Федерации и прилегающих государств сохранится определенная тенденция потепления (примерно 0,05°С в 10 лет).

В целом для Евразии в 1901—1995 гг. имела место тенденция уменьшения годовых сумм осадков (12 мм в 10 лет), особенно в летнее время года. Однако для Российской Федерации и прилегающих к ней государств в этот период выраженный тренд в годовых суммах осадков отсутствовал. В среднем за 1986—1995 гг. режим осадков по Российской Федерации и прилегающим государствам, а также на европейской территории был близок к норме. В то же время в азиатской части, особенно в Прибайкалье и Забайкалье, на северо-востоке России, в Приамурье и Приморье, количество осадков было меньше нормы примерно на 10%. В среднем за 1991 г. выделился лишь дефицит осадков на северо-востоке территории (в остальных регионах количество осадков было близко к норме).

В 1992 г. температура воздуха существенно понижалась во многих регионах страны, особенно в Западной Сибири. В Приморье, Приамурье, Прибайкалье и Забайкалье средняя температура снижалась не столь значительно. Зимы 1992—1993 гг., а также в 1996 —1997 гг. были необычно теплыми. Режим атмосферных осадков на протяжении последних 100 лет в целом для территории России и ее отдельных регионов можно считать довольно стабильным.

За 1988—1992 гг. средняя годовая температура в России для большинства регионов превышала норму (в самом теплом

172

1990 г. — на 1,4°С). Аномалия средней годовой температуры, усредненной по территории России, снизилась с 1,4°С в 1990 г. до 0,2°С 1992 г. В 1993 г. средняя годовая температура для Российской Федерации в целом превышала норму на 0,5 7°С (в Средней Сибири и районе Байкала — на 3—4°С). Однако на юге европейской территории и в Поволжье, а также на северо-востоке страны средняя годовая температура была несколько ниже нормы.

Прогнозируемые к 2000 г. повышение температуры воздуха и изменение количества атмосферных осадков могут привести к заметным изменениям стока вод, и, следовательно, к наводнениям в ряде регионов России. В лесостепной зоне и на юге лесной зоны европейской территории, а также в Западной Сибири сокращение годового стока малых и средних рек составит 10—20% нормы. При этом уменьшится влажность метрового слоя почвы в летний период (на 5—15%). В более южных степных районах годовой сток рек увеличится на 10—20%, а на севере европейской территории России и в Сибири —на 10— 15% нормы.

Подтверждением изменения климата стали катастрофические засухи в Африке (в Сахельской зоне в 70-х гг., затем в Эфиопии и ряде других стран), унесшие многие человеческие жизни, в бывш. СССР — в 70-х и начале 80-х гг., в США и Канаде — в 1988 г.

Если проанализировать данные наблюдений за последние 100 лет, то самыми теплыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В настоящее время в Северном полушарии поверхностная температура на 0,4°С выше, чем в 1950—1980 гг. В будущем ожидается дальнейший рост температуры: в среднем на 1,3°С к 2000 г. (рис. 3.21) и на 2—3°С к 2050 г. (публикация Центра “За наше общее будущее”, 1993 г.).

Температура, "С

_i___I___1___i_ 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Рис. 3.21. Глобальная тенденция роста средней температуры в 1950—2000 as.

173

Такое потепление может отрицательно сказаться не только на сельском хозяйстве, но и на многих других отраслях экономики — энергетике, строительстве, транспорте, а также на состоянии биосферы в целом. Более того, возможно повышение уровня Мирового океана почти на 0,5 м, что может привести к затоплению густо заселенных береговых территорий. Таким образом, проблема климата, являясь экологической, сегодня превращается в социальную и политическую. Ее решение требует объединенных активных действий многих стран мира.

На основе прогнозов изменений климата учеными ВАСХНИЛ разработана климатическая программа для сельского хозяйства страны, которая предусматривает систему мер обеспечения его устойчивости в складывающейся ситуации.

Существуют различные альтернативные решения учета изменений климата и их последствий. Одно из них — приспособление экономики к меняющимся климатическим условиям, широкое применение малоэнергоемких технологий, уменьшение выбросов СО и других малых газовых составляющих в атмосферу. Это означает, что кроме применения энергосберегающих технологий необходимо развивать направления энергетики, не связанные с сжиганием органического топлива: атомную, гидроэнергетику, использование солнечной и ветровой энергии, хотя последние, нетрадиционные, источники вряд ли в ближайшее время смогут заменить большую энергетику.

До середины XXI в. традиционные виды углеводородного топлива, скорее всего, сохранят свое доминирующее положение в топливно-энергетическом балансе. Кроме того, следует ожидать, что потребляемое органическое топливо станет более “углеродистым” в результате увеличения доли угля. Следовательно, даже при стабилизации общего объема потребления органического топлива за счет снижения доли нефти ежегодное поступление углекислого газа в атмосферу должно возрасти, и парниковый эффект усилится.

Другим способом борьбы с повышением температуры при изменении климата может стать выброс нейтральных аэрозольных частиц в верхние слои атмосферы (в виде “щита” от солнечного излучения), однако он требует очень точных расчетов.

Международная научная общественность, разрабатывая предложения по совместным действиям, пришла к выводу, что, прежде всего надо уменьшить выбросы углекислого газа. Так, на Международной конференции в Торонто (Канада) было рассмотрено предложение о сокращении к 2050 г. выбросов диоксида углерода в атмосферу на 20%, а на конференции в Гамбурге — на 30% к 2000 г. Принятие таких предложений может поставить перед энергетикой ряд серьезных проблем.

174

Международная конференция по глобальному изменению климата на планете, проходившая в 1997 г. в г. Киото (Япония), единогласно приняла итоговый протокол, согласно которому впервые в истории для индустриально развитых стран устанавливают обязательные к исполнению количественные показатели сокращения объема выбросов парниковых газов. В 2008— 2012 гг. объем выбросов должен ставь меньше на 5,2%, чем в 1990 г. Для каждого государства установлены свои численные ограничения. Европейский Союз обязался сократить эмиссию на 8%, США — на 7, Япония, Канада, Венгрия и Польша — на 6%. Развивающимся странам разрешено увеличить эмиссию парниковых газов: Исландии — на 10%, Австралии — на 8% и Норвегии — на 1%. Россия, Украина и Новая Зеландия к 2012 г. должны сохранить уровень 1990 г. Распределение выбросов углекислого газа в результате хозяйственной деятельности человека в различных регионах мира показано на рис. 3.22.

В работе экологического форума в Киото принимали участие более 2000 делегатов из 159 государств мира. Выработать общие подходы оказалось непросто: позиции стран-участниц существенно расходились, поскольку сокращение выбросов парниковых газов связано со значительными расходами и не

Океания 1,2 % Африка 1,8 %

Азия

(за исключением

бывш. СССР) 13,3 %

Бывш. СССР 13,2 %

Латинская Америка 2,9 %

Восточная Европа 6,6 %

северная Америка 35 % Западная Европа 26 %

Рис. 3.22. Распространение выбросов углекислого газа в результате хозяйственной деятельности человека в различных регионах мира

175

обходимостью перестройки промышленности. Введение строгих ограничений повлечет за собой сокращение потребления горючих полезных ископаемых, в том числе угля (на который приходится 23% выбрасываемого в атмосферу Земли диоксида углерода) и нефти, а следовательно, и уменьшение дохода от продаж “черного золота” на мировом рынке. Ежегодные потери стран, входящих в Организацию производителей и экспортеров нефти, могут составлять до 10 млрд. долл.

Повышение температуры в результате накопления в атмосфере парниковых газов (в основном углекислого газа) уже не в столь отдаленной перспективе может привести к таянию полярных льдов, затоплению обширных прибрежных зон, наступлению пустынь. Необратимые изменения уже имеют место: по данным Метеорологического управления Великобритании, 1997 г. стал самым теплым годом в истории человечества с тех пор, как в 1860 г. начали вести глобальный метеомониторинг. Температура воздуха в этом году на 0,43 °С превышала среднюю температуру на планете в течение нескольких последних десятилетий.

Следует отметить, что решения Международной конференции имеют обязательный характер. Исключение составляет Россия, которой разрешено сохранять эмиссию парниковых газов до 2012 г. на уровне 1990 г. в связи с экономическими трудностями, испытываемыми страной в переходный период (Россия отнесена к группе стран с переходной экономикой).

На конференции список газов-загрязнителей был расширен до шести: в него вошли не только диоксид углерода, метан и закись азота, но и газы — заменители фреона (гидрофлюроар-бон, перфлюрокарбон, гексахлорид серы).

Вопросы обеспечения устойчивости экономики при возможном изменении климата рассматриваются всесторонне. Всемирная метеорологическая организация ЮНЕП — программа ООН по окружающей среде — учредила Межправительственный совет, в который вошли представители более 40 государств. Этот совет должен способствовать продвижению общеевропейского процесса в экологической сфере. Россия активно участвовала в подготовке второй общеевропейской конференции “Окружающая среда для Европы” (Люцерна). При этом особое внимание было уделено разработке Программы действий для стран Центральной и Восточной Европы, составлению доклада о состоянии окружающей среды в европейском регионе, укреплению и развитию региональных механизмов сотрудничества.