Экология

10.4.2. Аэрозоли. Смог

Побочным продуктом хозяйственной деятельности человека являются аэрозоли, образующиеся в результате промышленного и энергетического производства, при эксплуатации автомобильного транспорта, отоплении жилищ, при вырубке леса, выжигании растительности, лесных пожарищ. Аэрозоли являются значительной примесью в атмосфере больших городов мира.

Аэрозоль – газообразная среда со взвешенными в ней твердыми или жидкими частицами. К аэрозолям относятся дымы, туманы.

Аэрозоли могут как рассеивать, так и поглощать солнечную ра-

диацию. При рассеивании часть потока излучения уходит вверх, исчезая в космическом пространстве. Такой эффект равноценен увеличению общего альбедо системы атмосфера – Земля, а значит, может привести к общему похолоданию.

Однако аэрозоли могут поглощать солнечное излучение, нагреваться и нагревать вокруг себя воздух. Этот эффект аналогичен уменьшению общего альбедо(отражение солнечной энергии). Когда аэрозоли находятся над океаном альбедо увеличится, в случае же скопления аэрозолей над снежным полем или облаками альбедо уменьшится.

Большая часть антропогенных аэрозолей собирается в промышленных районах Северного полушария, часть переносится ветрами через Атлантический или Тихий океан, относится к северу Африки.

Та самая молекула из трех атомов кислорода– озон – играющая ключевую роль в поглощении ультрафиолета в стратосфере, уменьшение которой приводит к образованию озоновых дыр, в приземном же слое атмосферы оказывает негативное воздействие у поверхности Земли, вызывая смогообразование (рис.10.10).

26

Экология

Рис.10.10. Химические реакции смогообразования, протекающие в атмосфере (по В.Г.Немзер)

Смог (англ. smoke – дым + fog – туман) – ядовитая смесь дыма, тумана и пыли. Аэрозольная пелена, дымка, туман образуются в результате интенсивного поступления в атмосферу пыли, дыма, выхлопных и промышленных газов и других загрязняющих веществ.

Образование пыли в атмосфере и ее гранулометрический состав показаны на рисунке 10.11.

27

Экология

Рис.10.11. Образование пыли и ее гранулометрический состав в атмосфере (по В.Г.Немзер)

Термин «фотохимический смог» отражает инициирующую роль солнечного света в формировании этого явления.

Безвредное на первый взгляд сжигание топлива с образованием диоксида углерода, при недостатке кислорода образует моноксид -уг лерода – ядовитый угарный газ. Если кислорода еще меньше, то получается углерод (сажа).

Существуют два основных типа смогов:

28

Экология

–влажный (лондонского типа);

–фотохимический сухой (лос-анджелесского типа).

Смог влажный (лондонского типа или зимний) – это сочетание дыма, сажи, пыли, диоксида серы и капель тумана, относится к первичному загрязнению атмосферы. Этот смог образуется обычно зимой в крупных промышленных центрах при неблагоприятных погодных условиях: отсутствии ветра и температурной инверсии.

Обычно достигает максимального уровня рано утром при температуре примерно от –1 до +4 ºС, безветрии, высокой влажности (85% + туман), (чаще в декабре – январе) и дополняется состоянием инверсии в атмосфере (инверсия – смещение холодных слоев воздуха вниз и скопление их под слоем теплого воздуха. Это ведет к снижению рассеивания загрязняющих веществ вверх, и они устремляются в нижний слой. При этом увеличивается приземная концентрация этих -за грязнений, образуется туманная завеса). Смог раздражает бронхи и дыхательные пути, имеет запах. Видимость менее 30 м. Во время смога повреждаются железо и бетон.

5 декабря 1952 г. над Англией возникла волна высокого давления, и в течение нескольких дней стояло мертвое безветрие. За 3 – 4 дня в Лондоне погибло более 4 000 человек. Смог содержал несколько тонн дыма и сернистого ангидрида.

В 1963 г. наблюдался смог над Нью-Йорком, который убил более 400 человек.

Смог фотохимический сухой (лос-анджелесского типа, летний) –

смесь продуктов вторичного загрязнения воздуха, возникает летом также при отсутствии ветра и температурной инверсии, но обязательно в солнечную погоду. Вторичные загрязнители образуются в ходе фи- зико-химических процессов, идущих непосредственно в окружающей среде, возникают в результате разложения загрязняющих веществ солнечными лучами (озон, оксиды азота, угарный газ, органические вещества). Достигает максимального уровня около полудня при температуре 24 – 32° С, (чаще в августе – сентябре), при низкой влажности и

дополняется инверсией. Вызывает раздражение глаз и снижение зрения.

С 30-х г. в теплое время года стал появляться смог над - Лос Анджелесом (туман влажностью менее 70 %). Этот фототуман возникает при солнечном свете, вызывающем сложные фотохимические превращения смеси углеродов и оксидов азота, выбрасываемых автомобильным транспортом, с образованием высокотоксичных загрязнителей – фотооксидантов, состоящих из озона, органических пероксидов, пероксида водорода, альдегидов и т.д. (Например, на каждом ки-

29

Экология

лометре пути легковой автомобиль выделяет около10 г только оксида азота). Фототуман сопровождается неприятным запахом, резко снижается видимость. У людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, возникает удушье, обостряются легочные заболевания и бронхиальная астма.

ВЛос-Анджелесе 260 дней в году наблюдаются температурные инверсии, фототуман более 60 дней в году. Во время смога трескается резина.

Внастоящее время во многих крупных городах мира – НьюЙорке, Чикаго, Бостоне, Детройте, Токио, Милане – образуется фотохимический туман.

Вмире действуют три основных стандарта, по которым измеряются ПДВ автомобиля страны-производителя:

1) европейский международный стандарт, утвержденный в 1993 г, действует на территории всех европейских государств и является действительным по всему миру;

2) более жесткий американский стандарт, который в последнее время планируется объединить с европейским для упрощения процедуры контроля;

3) самый строгий стандарт, также действительный во всем мире, действует в Японии.

Казахстанский стандарт экологической безопасности не только не соответствует нынешним мировым требованиям, но и отстает от них на 15 лет, т.к. закон РК «О стандартизации» принят в середине

1999 года.

Прогноз смогов тесно связан с прогнозом погоды. Рассеять смог может только ветер, а бороться с ним можно путем сокращения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Снизить автомобильные выбросы токсичных газов можно различными путями: необходимо совершенствование двигателя внутреннего сгорания; повысить качество автомобильных бензинов; установить нейтрализаторы в выхлопных трактах автомобилей; перевести автомашины на газовое топливо, в будущем на водородное топливо; создать электромобили; заменить бензин на топливный спирт илидизельное топливо из рапсового масла; порошковый бензин; тетраэтилсвинец заменить на метилтетрибутиловый эфир; правильно организовать движение городского транспорта и др.

10.4.3. «Парниковый эффект»

30

Экология

«Парниковый эффект» («эффект гринхауз») – это постепенное потепление климата на планете в результате накопления в атмосфере антропогенного углекислого и других газов(метана, фтор- и хлоруглеводородов (фреонов), оксида азота, озона), которые аналогично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому инфракрасному (тепловому) излучению с поверхности зем-

ли (рис.10.12, 10.13).

Рис. 10.12. Источники «парниковых» газов

Часть этого поглощенного теплового излучения атмосферы излучается обратно к земной поверхности, создавая парниковый или тепличный эффект. Фреоны, как и СО2, поглощая инфракрасное излучение, препятствуют его уходу в космическое пространство от земной поверхности – создают «фреоновый эффект».

31

Экология

Рис.10.13. «Парниковый» эффект

Последние 10 лет были самыми теплыми в ХХ столетии. За последние 100 лет потепление на Земле составило0,5 – 0,7 оС: в 1980 г средняя температура была 14,5 оС, в 1990 г – 15,0 – 15,2 оС.

Основным источником СО антропогенного происхождения яв-

2

ляется сжигание ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и др.). Увеличение выбросов СО2 в атмосферу составляет ежегодно 4 – 5 % .

Стало отмечаться постепенное возрастание в атмосфере содержания метана (около 1 % в год). Это связано как с природными факторами (болота), так и с антропогенными причинами(сжигание биомассы, рисовые поля, крупный рогатый скот, угольное производство, гниение органических остатков и пр.).

Увеличение содержания в атмосфере оксида азота(примерно 0,3 % ежегодно) объясняется возрастанием производства и применения азотных удобрений в сельском хозяйстве.

Применение фреонов (или хлорфторуглеродов) в промышленности ежегодно возрастает на 4 %.

Отрицательные последствия парникового эффекта: повышение уровня Мирового океана (в настоящее время на 25 см за 100 лет, к концу ХХ1 в. ожидается повышение на 2 м) в условиях потепления климата планеты. Основные причины: таяние материковых и горных

32

Экология

ледников, морских льдов, тепловое расширение океана и т..пВозможен не только «всемирный потоп», но и сильнейшая засуха, влекущая за собой пожары. Экосистемы не смогут быстро приспособиться к изменению климата. В природе действуют и обратные связи, которые могут скомпенсировать изменения.

Положительные экологические последствия: увеличение испа-

рения с поверхности океана и связанное с ним возрастание увлажнения климата. Повышение концентрации СО2 в атмосфере может увеличить интенсивность фотосинтеза и способствовать увеличению продуктивности экосистем (пшеница, картофель, сахарная свекла, подсолнечник; меньше кукуруза, сорго, просо, сахарный тростник).

Несмотря на положительные последствия парникового эффекта для наземных экосистем, только одна проблема – подъем уровня Мирового океана может отрицательно повлиять на жизнь населения более 30 стран. Поэтому по линии ЮНЕСКО, ЮНЕП, ФАО уже действует Межправительственный комитет по предотвращению глобального потепления климата.

Так, «парниковые» газы разогревают нижний слой атмосферы: углекислый газ – на 60 %, метан – на 15 %, оксиды азота – на 5 %, озон – на 8 %, хлорфторуглеводороды – на 12 %.

Предполагают, что накопление в атмосфере“парниковых” газов приведет к потеплению, которому будут сопутствовать таяние полярных льдов, подъем уровня Мирового океана, затопление густонаселенных приморских низменнос-тей и целых островных государств (Дания, Нидерланды, Северная Германия и др.); опустынивание, в том числе территории Казахстана; сокращение летних осадков в основных сельскохозяйственных районах. Наиболее перспективными способами борьбы с “парниковым эффектом” являются: увеличение КПД использования горючего на транспорте и другие виды экономии энергии, т.к. ее производство почти полностью основано на сжигании ископаемого топлива; разработка и внедрение солнечных и других бестопливных источников энергии; прекращение сведения лесов; организация озеленений и т.п.На конференции в Рио-де Жанейро(1992) была принята Рамочная Конвенция ООН об изменении климата с целью стабилизации парниковых газов в атмосфере на безопасном уровне.

33

Экология

10.5. Глобальное загрязнение литосферы

10.5.1. Деградация почвы

Деградация почв – ухудшение качества почвы в результате снижения плодородия. Деградация и полное разрушение почвы могут происходить как в результате природных явлений(вулканы, ураганы и т.д.), так и в результате хозяйственной деятельности человека.

В результате бессистемного использования около2 млрд. гектар продуктивных земель мира превратились в пустыню. Таким образом, из 4,5 млрд. га продуктивных земель осталось 2,5 млрд.га. Величайшая пустыня мира Сахара ежегодно расширяется с1,5 до 10 м. За последние 60 лет она расширилась на 700 тыс.кв.км.

Причиной деградации земель являются: интенсификация посевов монокультур; увеличение числа вредителей; водная и ветровая эрозии; вторичное засоление в результате искусственного орошения.

Сегодня налицо деградация в Латинской Америке, Южной Азии, Австралии, Казахстане, Поволжье. Здесь большие площади пахотных земель изымаются под горнопромышленные разработки, селитебные зоны, промышленное и гидротехническое строительство. Загрязнение атмосферы и гидросферы приводит к загрязнению земель. Большое количество твердых отходов, хранящихся и захораниваемых в земле, плохо контролируемая подземная закачка отходов приводят к загрязнению почв и недр.

С.И.Колесников предложил следующие признаки и причины деградации почв:

«1) нарушение биоэнергетического режима почв и экосистем.

При этом наблюдаются:

-девегетация почв – потеря почвами растительного покрова, ведущая к омертвлению почв;

-дегумификация почв – потеря почвами гумуса;

-почвоутомление и истощение почв – при длительном возделывании сельхозкультур.

2) патологическое состояние почвенных горизонтов и профиля

почв:

-отчуждение почв и исключение их из экосистемы (города, поселки, дороги, ЛЭП, трубопроводы, карьеры, водохранилища, свалки и т.д. (промышленная эрозия почв);

-дефляция почв (вводная и ветровая эрозии);

-разрушенные бесструктурные, переуплотненные почвы виде корок в результате работы тяжелой техники.

34

Экология

3) нарушение водного и химического режима почв:

-опустынивание почв (естественный процесс общеземного послеледникового опустынивания, а также искусственный процесс -не грамотной хозяйственной деятельности человека);

-оползни и сели;

-вторичное засоление почв (при неправильном орошении минерализованными и пресными водами);

-природная и вторичная кислотность почв(для сельхозкультур оптимальная рН почв 5,5 – 8);

-переосушение почв (результат неправильной осушительной мелиорации).

4) затопление, разрушение и засоление почв водами водохрани-

лищ (в результате затопления пойменных и надпойменных террас, подъема уровня грунтовых вод и подтопления почв, абразии берегов и засоления дельт, загрязнения и щелочного засоления вод и почв и др.).

5) загрязнение и химическое отравление почв:

-промышленное загрязнение почв(выпадение поллютантов на поверхность почвы с атмосферными осадками);

-сельскохозяйственное загрязнение почв(неправильное применение пестицидов, минеральных и органических удобрений, отходы и стоки животноводческих ферм);

-радиоактивное загрязнение почв(природное и антропогенное: аварии, утечки, ядерные взрывы, захоронения отходов ядерной промышленности).

6) деградация ландшафтов регионов вечной мерзлоты(в резуль-

тате перевыпаса, неупорядоченного движения транспорта нарушается растительный покров, протаивает грунт, начинается эрозия почвы).

7) разрушение почв военными действиями».

10.5.2. Деградация лесов

Деградация лесов способствует разрушению почв и эрозийным процессам. Сокращение лесов приводит к нарушению водного баланса, уровня грунтовых вод, изменению состава атмосферного воздуха. Огромные площади лесов гибнут от вырубки, пожаров, из-за кислотных дождей. Изза вырубки лесов в Сибири происходит заболачивание территорий. Вырубаются сосновые и кедровые леса, которые первыми повреждаются в результате кислотных дождей. Леса относятся к возобновляемым природным ресурсам, поэтому сохранение устойчивости этих экосистем позволит использовать их ресурсы длительное время.

35

Экология

10.5.3. Деградация растительного и животного мира

Деградация растительного и животного мира. По мнению ученых уничтожение влажных тропических лесов может привести к исчезновению от 2 до 5 млн. видов животных (на Земле проживает около 10 млн.видов). На Конференции ООН в1992 г. подписана Конвенция о сохранении биологического разнообразия – условие устойчивости нашей большой экосистемы – биосферы.

10.6. Перестройка пирамиды жизни

Как было рассмотрено выше, все многообразие биологических форм жизни представляют в виде пирамиды жизни. В основании этой пирамиды находятся низшие биологические формы(насекомые, грибки, планктон, бактерии). Следующая ступень – растения. Затем – животный мир. Венец природы – человек (в этой естественной системе отдельно выделяются подразделы – группы окультуренных растений и домашних животных).

Как известно, закон экологии гласит: пирамида жизни устойчива, если каждая более высокая ступень представлена меньшей биологической массой, чем предшествующая.

В настоящее время происходит бурная перестройка пирамиды жизни. Последние десятилетия охарактеризованы как демографическая революция или демографический взрыв.

Экологическая ситуация в мире во многом зависит от состояния народонаселения. Чем больше людей на Земле, тем больше они осваивают природу, развивают промышленность, сельское хозяйство и т.д., следовательно, тем сильнее давление на биосферу, природную среду в целом.

Последние 150 лет население Земли росло и продолжает расти феноменальными, взрывоподобными темпами. Это порождает для человечества новые проблемы. Население земного шара растет по экспоненте, о чем предупреждал еще Мальтус. Сейчас население Земли 6 млрд. человек. Плотность заселения Земли приближается к критической. Под сомнение ставится возможность существования такого количества людей в нашей биосфере. Поскольку в ней вот-вот произойдут серьезные климатические сдвиги, ресурсы быстро истощаются и деградируют под давлением шестимиллиардного населения, сомнительно, что биосфера выдержит его дальнейший рост. Чтобы человечество продолжало устойчиво развиваться, требуется дальнейшее

36

Экология

снижение темпов роста населения и формирование экологического сознания.

Существенно опережая рост населения, увеличивается численность домашних животных. Неуклонно расширяется площадь под культурные растения. В результате происходит перестройка пирамиды биологических форм.

Одной из сложных проблем является проблема сохранения многообразия форм жизни на земле, приводящая к серьезным последствиям – потеря генофонда, т.е. резерва потенциально полезных животных и растений. Например, 90 % продовольствия растительного происхождения приходится всего на 12 видов растений; 75 % урожая ржи в Канаде производится на основе4 сортов, 72 % урожая картофеля в США дают 4 сорта, а весь урожай гороха – лишь 2 сорта. Почти так же узка генетическая база животноводства.

Это генетическое однообразие способствует возникновению эпидемий, т.к. возбудители болезней и вредители постепенно преодолевают естественную, а также искусственную устойчивость растений, опирающуюся на химические средства. В силу ослабления защитных свойств средний срок службы обычных сортов зерновых составляет ныне всего 5 – 10 лет.

В 40-х годах человек открыл пенициллин, ДДТ – мощные средства химической борьбы против насекомых-вредителей, грибков, бактерий, вирусов-возбудителей болезней. Тем самым изменил среду своего обитания. Организмы быстро приспособились к новой среде и практически не боятся пестицидов. Во многих случаях устойчивость возросла в сотни раз. Уже нет эффективных препаратов против колорадского жука, совки, капустной моли. Через 10 лет число устойчивых к пестицидам видов насекомых достигнет1500. Непредвиденное увеличение численности насекомых следует сразу после проведения мероприятий по борьбе с ними. Это так называемый бумеранг-эффект. Выжившие дают потомство устойчивых «супервредителей». После ряда спокойствия вновь дает знать о себе саранча. Более 1/5 территории планеты может подвергнуться ее нашествию. Это самый опасный (после крыс) вредитель. Малярия, передаваемая комарами сейчас вновь возвращается. Насчитываются 7 видов грызунов (включая крыс) невосприимчивых к ядохимикатам.

Как видим, решение современных сложных проблем сохранения жизни на Земле требуют серьезных экологических знаний.

11. ПРИРОДНО-РЕСУРСНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ

37