1854

11

консументы и редуценты), информации и динамических качеств природных систем количественно нелинейно, то есть слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отклонения в других (и во всей системе в целом). Например, малое отклонение в составе газов атмосферы – ее загрязнение окислами серы и азота – вызывает огромные изменения в экосистемах суши и водной среды. Именно оно привело к возникновению кислотных осадков, а с ними – к деградации и гибели лесов в Европе и Северной Америке, гибели рыбы в озерах Скандинавии и другим негативным последствиям;

3)производимые в крупных экосистемах изменения относительно необратимы – проходя по их иерархии снизу вверх, от места воздействия до биосферы в целом, они меняют глобальные процессы и тем самым переводят их на новый эволюционный уровень;

4)любое местное преобразование природы вызывает в глобальной совокупности биосферы и ее крупнейших подразделениях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических вложений.

Пока изменения среды слабы и произведены на относительно небольшой площади, они «гаснут» в цепи иерархии экосистем. Но как только перемены достигают существенных значений для крупных экосистем, например, происходят

вмасштабах больших речных бассейнов, они приводят к существенным сдвигам в этих природных образованиях, а через них, согласно 2-му следствию из обсуждаемого закона – и во всей биосфере. Будучи относительно необратимыми (3-е вышеприведенное следствие) изменения в природе в конечном итоге оказываются и трудно нейтрализуемыми с социально-экономической точки зрения: их выправление требует слишком больших материальных средств и физических усилий. Иногда даже возникает ситуация: «чем больше пустынь мы превратим в сады, тем больше цветущих садов мы превратим в пустыни». При этом в силу нелинейности процессов (следствие 2) опустынивание по темпам значительно превышает создание «цветущих садов». Сдвигая равновесие природных систем с помощью значительных вложений энергии (например, путем распашки, внесения удобрений и т.д.), человек увеличивает количество полезной продукции (урожай). Пока эти сдвиги «гаснут» в иерархии природных систем, положение может считаться нормальным. Однако излишнее вложение энергии и возникающий в результате вещественно-энергетический разлад ведут к снижению

12

природно-ресурсного потенциала вплоть до опустынивания территории, происходящей без компенсации: вместо цветущих садов возникают пустыни.

В связи с нелинейностью, неполной пропорциональностью взаимоотношения компонентов и возникновением цепных природных реакций ожидаемый при преобразовании природы эффект может не возникнуть или оказаться многократно сильнее, чем желаемый. В первом случае местная реакция как бы «растворяется» в иерархии природных систем, во втором случае, наоборот, надсистемы усиливают процесс «сверху вниз», он делается острее, заметнее. Это заставляет при проектировании природопользования рассматривать не только местные вещественно-энергетические балансы, но учитывать вероятные изменения в надсистемах.

Игнорирование закона внутреннего динамического равновесия приводит к серьезным ошибкам в природопользовании.

Законы в системе «человек-природа» С точки зрения характера взаимоотношений человек выступает как

«разумно-неразумный» паразит: по угрозам глобальных последствий и результатам локальных экологических катастроф, а также по общему ходу процесса разрушения среды обитания он неразумен, но по декларируемому стремлению к сохранению этой среды он разумен. Выявление, знание и учет законов, действующих в этой сложной системе взаимоотношений, позволят с большей долей разумности использовать природный потенциал, сохраняя при этом среду обитания в приемлемом состоянии.

Закон необратимости взаимодействия человек-биосфера: возобновляемые природные ресурсы делаются невозобновляемыми в случаях глубокого изменения среды, значительной переэксплуатации, доходящей до поголовного уничтожения или крайнего истощения, а потому превышения возможностей их восстановления.

Закон обратимости биосферы действует только в определенных рамках. Если внешнее воздействие превышает буферные возможности биосферы, то в силу вступает закон необратимости взаимодействия «человек-биосфера». Например, животные ресурсы являются возобновляемыми, однако известны примеры, когда в результате перепромысла некоторые их виды исчезли с лица Земли.

Правило меры преобразования природных систем: в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство самоподдержания.

13

Из правила меры преобразования природных систем и закона внутреннего динамического равновесия следует ряд практических выводов:

-единица возобновляемого ресурса может быть получена лишь в некоторый, определяемый скоростью функционирования системы, отрезок времени. В течение этого отрезка нельзя переходить некоторые рубежи ограничений при его использовании;

-перешагнуть через фазу последовательного развития природной системы

сучастием живого, как правило, невозможно;

-проведение хозяйственных мероприятий рационально лишь в рамках некоторых оптимальных размеров, выход за которые в меньшую и большую стороны снижает их хозяйственную эффективность;

-преобразование природы (если оно не восстановительное) дает локальный или региональный выигрыш за счет ухудшения каких-то показателей в смежных местностях или в биосфере в целом;

-хозяйственное воздействие затрагивает не только ту систему, на которую оно направлено, но и ее надсистемы, которые, согласно принципу Ле ШательеБрауна, «стремятся» нивелировать производимые изменения. В связи с этим расходы на преобразование природы никогда не ограничиваются лишь затратами на непосредственно планируемые воздействия;

-вторичное, постепенно сложившееся экологическое равновесие, как правило, устойчивее, чем первичное, но «потенциальный запас преобразований» (т.е. будущих их возможностей) при этом сокращается;

-несоответствие «целей» естественно-системной регуляции в природе и целей хозяйства может приводить к деструкции природного образования (природная составляющая разрушается).

Закон «бумеранга» или закон обратной связи взаимодействия «человекбиосфера»: между природой и человеком существует постоянная обратная связь. Любые изменения в хозяйственной деятельности вызывают перемены в природе, которые в свою очередь заставляют изменять хозяйственную деятельность. Ход исторических изменений связей между природой и человеком.

Принцип естественности или правило «старого автомобиля»: со временем эколого-социально-экономическая эффективность технических устройств снижается, а экономические (материальные, трудовые, денежные) расходы на их поддержание возрастают. В то же самое время самовозобновляющиеся и саморазвивающиеся природные системы представляют «вечный» двигатель, не

14

требующий экономических вложений до тех пор, пока степень давления на них не превышает их возможностей к восстановлению.

Природные системы будут обеспечивать человека всегда без всяких затрат с его стороны (эта система не стареет, она совершенна); любая же техника требует больших вложений, которые увеличиваются по мере ее старения.

Закон незаменимости биосферы: биосфера представляет собой единственную систему, обеспечивающую устойчивость среды обитания. Существование человечества возможно только в системе биосферы.

Закон ограниченности природных ресурсов: все природные ресурсы и условия Земли конечны. Эта конечность возникает либо в силу прямой исчерпаемости, либо в результате возмущения среды обитания, делающейся непригодной для сложившегося хозяйства в жизни человека.

РАЗДЕЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТРАСЛЕЙ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ПРИРОДНЫЕ КОМПЛЕКСЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ

Взаимодействие человека с окружающей средой в общем виде можно представить в виде довольно простой схемы: человек потребляет необходимый природный ресурс (воздух, вода, энергетический материал и т.д.) и возвращает в окружающую среду отходы. Однако это, с первого взгляда, несложное взаимодействие порождает массу различных видов антропогенных воздействий на экосистемы, которые принято классифицировать по следующим параметрам:

-общему характеру процессов антропогенного воздействия, предопределяемому формами человеческой деятельности (изменение ландшафтов

ицелостности природных комплексов, изъятие природных ресурсов, загрязнение окружающей среды);

-материально-энергетической природе воздействий (механические, физические, химические, биологические, их различные сочетания);

-категориям объектов воздействия (природные ландшафтные комплексы, поверхность земли, почва, недра, растительность, водные объекты, атмосфера и т.д.);

-количественным характеристикам воздействия (пространственные масштабы (глобальные, региональные, локальные), единичность и множественность, сила воздействия и степень опасности);

-временным параметрам и различиям воздействий по характеру наступающих изменений (кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие,

15

прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, обратимые и необратимые и т.п.);

- по преднамеренности (преднамеренные и непреднамеренные). Антропогенное воздействие на экосистему представляет собой

совокупность факторов деятельности человека, вызывающих те или иные изменения ее компонентов. Подверженность компонентов экосистемы воздействию факторов, а также сила и активность этих факторов характеризуется нагрузкой.

Нагрузка – это мера суммарного антропогенного воздействия на систему. Различают максимально допустимую нагрузку и предельно допустимую экологическую нагрузку.

Максимально допустимая нагрузка (МДН) – условная мера современных воздействий, не оказывающих вредного влияния (прямого или косвенного) на человеческий организм.

Предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) – это величина, при которой не происходит нарушения нормального функционирования экосистемы.

Для анализа воздействия человека на окружающую среду можно воспользоваться следующими характеристиками:

1)показатель демографического воздействия, то есть воздействия собственно человека, который численно равен отношению местной плотности населения (в данной области или регионе) к фоновой плотности (для страны в целом или в том же регионе некоторое время назад);

2)показатель физико-механического воздействия человека на окружающую среду, который отражает рост воздействия современных машин и механизмов. 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 пространственно-временным уровнем. Можно также учитывать уровень вибрации, шума, различного рода излучения;

3)показатель технологического воздействия, который представляет из себя отношение местной и нормативной характеристики загрязнения. За нормативные показатели воздействия могут быть приняты предельно допустимые концентрации, сбросы и выбросы (ПДК, ПДС, ПДВ).

Показатели физико-механического и технологического воздействия наиболее ярко выражены в городах.

16

При превышении предельно-допустимой экологической нагрузки возникают экологические кризисы и экологические катастрофы.

Экологический кризис – это обратимое изменение равновесного состояния природных комплексов. Он характеризуется не столько усилением воздействия человека на природу, сколько резким увеличением влияния измененной людьми природы на общественное развитие, то есть кризис ведет к перенастройке системы на новые условия существования.

Фактически для большинства систем кризис есть механизм обновления, некий экстраординарный механизм адаптации к новым условиям. На протяжении существования человечества известен ряд экологических кризисов, которые являлись движущей силой общественного развития (см. закон соответствия между развитием производительных сил и природноресурсным потенциалом общественного прогресса).

Экологическая катастрофа – это природная аномалия, зачастую возникшая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остро неблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения отдельного региона.

Экологическая катастрофа отличается от экологического кризиса тем, что кризис – это обратимое состояние, где человек выступает активно

действующей стороной, а катастрофа – необратимое явление, человек здесь вынужденно пассивная, страдающая сторона. По сути экологические катастрофы

– это фазы развития биосферы, где происходит качественное обновление вещества, например, вымирание одних видов и возникновение других. Одно из основных глобальных последствий антропогенной деятельности – нарушение биогеохимических циклов элементов. Принципиальная разница между биологическим и антропогенным круговоротом заключается в степени их замкнутости. Биологический круговорот является относительно замкнутым, антропогенный же практически не образует замкнутых циклов. В связи с тем, что антропогенный обмен составляет существенную часть биосферного круговорота, он своей разомкнутостью нарушает необходимую степень замкнутости глобального биотического круговорота, выработанную в длительной эволюции и являющуюся важнейшим условием стационарного состояния биосферы.

Примеры влияния человека на круговороты веществ. Кислород и углекислый газ

17

Жизнедеятельность живых организмов поддерживается определенным соотношением между кислородом и углекислым газом. Естественные процессы их потребления и поступления в атмосферу сбалансированы.

Антропогенное воздействие оказывает заметное влияние на соотношение данных газов в атмосфере вследствие следующих процессов:

-сжигание ископаемого топлива (в результате данного процесса ежегодно в атмосферу поступает около 5-6 х 109 т углерода и расходуется 10-25 % кислорода, производимого зелеными растениями);

-сведение тропических лесов (5 х 108 т углерода ежегодно высвобождается при выжигании тропических лесов и примерно столько же – при лесозаготовках; параллельно значительно снижается количество поступления кислорода в атмосферу);

-минерализация органического вещества почвы (из пахотных почв в атмосферу ежегодно переходит 3-10 х 108 т углерода, первоначально содержащегося в гумусе);

-сокращается число продуцентов кислорода в водных экосистемах вследствие их загрязнения и т.д.

Таким образом, происходит уменьшение содержания в атмосфере кислорода (по прогнозам, через 150-180 лет количество кислорода сократится на 1/3 по сравнению с ХХ веком) и увеличение содержания углекислого газа. Данные изменения при достижении ими определенных размеров

способны вызвать серьезные перестройки в глобальном функционировании биосферы.

Азот. Фиксация атмосферного азота промышленностью в настоящее время достигает 30 млн. т ежегодно, что составляет не менее трети всего имеющегося поступления данного элемента на поверхность суши и в океан. Денитрификация, приводящая к выводу азота из систем, составляет около 83 млн. т в год. Ежегодно

вбиосфере накапливается до 9 млн. т азота в связанной форме. Основные негативные последствия вмешательства человека в биогеохимический цикл данного элемента проявляются в следующем:

-избыток нитратов, попадающих в водные источники с сельскохозяйственных угодий вследствие применения удобрений, приводит к эвтрофизации водоемов и ухудшению качества подземных вод;

-нерациональное применение азотных удобрений приводит к избыточному накоплению нитратов и нитритов в растительной продукции;

18

-при использовании азотных удобрений снижается биологическая фиксация азота, биологический азот замещается техногенным, при этом при промышленной фиксации азота затрачивается большое количество ресурсов (энергоносители, вода и др.), а также происходит загрязнение окружающей среды отходами и побочными воздействиями производства;

-антропогенные выбросы окислов азота являются компонентами кислотных осадков и фотохимического смога;

Фосфор. Человек извлекает из руд и шлаков (концентрированных фосфорсодержащих материалов) фосфор и производит удобрения, фосфор содержащие препараты, используемые в индустрии и быту, фосфорсодержащие продукты и корма. Вследствие этого фосфор аккумулируется в зонах с

высокой плотностью населения, концентрацией животноводства и в районах интенсивного сельскохозяйственного производства.

В результате: на фоне интенсивной практически необратимой аккумуляции фосфора на одних площадях происходит обеднение им других территорий;

-чем выше насыщенность экосистемы фосфором, тем, как правило, выше потери данного элемента из нее. То есть, человек извлекает данный элемент из резервного фонда биогеохимического цикла и помещает в обменный, при этом вследствие вышеназванного процесса фосфор интенсивно теряется с ряда территорий и вновь возвращается в резервный фонд, однако в рассеянном состоянии, исключающем его повторное использование;

-попадание избыточного количества фосфора в водоемы, что наблюдается, например, при нерациональном использовании фосфорсодержащих удобрений, вызывает эвторифизацию. Фактически наблюдается перекачивание фосфора из горных пород, запасы которых ограничены, в клетки сине-зеленых водорослей и воды Мирового океана. Следует учитывать, что по сравнению с ранее рассмотренными круговоротами, цикл фосфора обладает наименьшей буферностью к антропогенному воздействию и вмешательство в него может привести к катастрофическим последствиям. В ближайшем будущем человечество столкнется с проблемой острого дефицита данного элемента.

РАЗДЕЛ 3. ПОНЯТИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ.

Загрязнитель (поллютант) - любой агент, имеющий природное или техногенное происхождение (прежде всего физический агент, химическое вещество и биологический вид - главным образом микроорганизмы), который:

19

1. попадает в окружающую среду или возникает в ней в количествах, выходящих за рамки обычных предельных естественных колебаний или среднего долгосрочного природного фона,

2. негативно влияет на качество окружающей природной среды и здоровье человека.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ - Привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических факторов, приводящих к превышению в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня концентраций перечисленных агентов в среде, и, как следствие, к негативным воздействиям на людей и окружающую среду.

Развернутую характеристику этого понятия приводит известный ученый Ф. Рамад (1981): «Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности. прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или косвенно, через сельскохозяйственную продукцию, через воду или другие биологические продукты (вещества).

Существуют разные подходы к классификации загрязнений: по характеру воздействия, по масштабам, по природе загрязнителя и т.д.

1.Классификация загрязнений по Г.В.Стадницкому и А.И.Родионову (1988):

20

Классификация загрязнений по Коробкину В.И. (2001):

1. Источники загрязнения атмосферы