Курс+лекций+по+уст.+развитию+Миркин

Лекция 1

Глобальные последствия влияния человека на биосферу

Представления об УР, сформулированные в конце ХХ века, были следствием озабоченности мирового сообщества последствия ми влияния человечества на биосферу. Поэтому прежде чем рас сматривать это влияние на основные составляющие биосферы — литосферу, атмосферу, гидросферу, приведем наиболее общие гло бальные характеристики развития производства, что стало причи ной нарушения биосферы и превратило ее в техносферу.

1.1. Общая характеристика техносферы

Вся история человечества — это история усиления его влия ния на природу. В этой истории было три важных этапа, носив ших характер революций (Марфенин, 2002). Первая — неолити ческая революция — была связана с переходом многих народов примерно 10 тыс. лет тому назад от кочевого к оседлому образу жизни с началом земледелия. Вторая — индустриальная револю ция — началась в XVII–XVIII вв. в Западной Европе в связи с большими достижениями в механике, изобретениями всевозмож ных устройств, интенсификацией выплавки железа, добычи угля и изобретения парового двигателя. В XIX–XX вв. последовала третья — научно техническая революция, вызванная бурным прогрессом науки и технологии.

Именно после этой, третьей, революции, когда уровень произ водства повысился в десятки раз, стали говорить о техносфере как биосфере, существенно преобразованной влиянием хозяйствен ной деятельности человека (табл. 1).

За 100 лет мировое потребление энергии увеличилось в 14 раз (удваивалось в среднем каждые 27 лет), суммарное потребление первичных энергоресурсов превысило 400 млрд т. Использование черных металлов возросло за столетие в 8 раз, еще интенсивнее был рост использования цветных металлов. В тысячу раз возросло про изводство самодвижущегося транспорта, и выпуск автомобилей приблизился к 50 млн единиц в год. Вторая половина столетия,

9

Таблица 1

Усиление влияния хозяйственной деятельности человека на биосферу в ХХ в. (по: Акимова и др., 2001, с дополнениями)

кроме того, характеризовалась интенсивной химизацией сельско го хозяйства. За этот период было произведено 6 млрд т минераль ных удобрений и свыше 400 тыс. т различных химических соеди нений (в основном пестицидов) для сельского хозяйства.

Особенно интенсивным было развитие экономики в последние 50 лет, когда возникла «пропасть между экономистами и эколога ми» в их восприятии реалий. По этому поводу Л. Браун (2003, с. 31) писал: «Экономисты смотрят на беспрецедентный рост мировой экономики, торговли и капиталовложений и полагают, что так будет продолжаться и дальше. Они с обоснованной, как им кажет ся, гордостью замечают, что масштабы мировой экономики вырос ли в 7 раз: стоимость товаров и услуг, произведенных в мире, в 1950 г. составляла 6 трлн долл., а в 2000 г. — уже 43 трлн, что по зволило поднять уровень жизни на высоту, о которой прежде и не мечтали. Экологи смотрят на тот же рост и понимают, что он явля ется результатом сжигания огромного количества ископаемого то плива, цена на которое искусственно занижена, и что этот процесс ведет к дестабилизации климата на планете. А в будущем они пред видят усиление жары, все более разрушительные шторма, таяние ледников в горах, а также подъем уровня Мирового океана, в ре зультате чего сократится поверхность суши, в то время как населе ние планеты продолжает расти. Экономисты видят показатели экономического процветания, а экологи озабочены последствия ми, которые влечет за собой экономика, изменяющая климат пла неты. Теми последствиями, которые пока нельзя предвидеть».

10

По данным съемок из космоса, на суше сохранилось менее 30% земель, не вовлеченных в техносферу. Этот показатель су щественно различается на разных материках (табл. 2).

Таблица 2

Площади суши с ненарушенными, частично нарушенными и нарушенными естественными экосистемами (по: Данилов Данильян и др., 2001)

Таблица 3

Восемь «экологических тяжеловесов» (по: Флейвин, 1998)

11

Современное состояние биосферы в первую очередь зависит от восьми стран — «экологических тяжеловесов» (Э–8), которые объединяют более 50% населения Земли, мирового экономиче ского производства, выброса углерода, лесного хозяйства и био разнообразия (табл. 3).

Главными глобальными последствиями хозяйственной дея тельности человека являются: нарушение литосферы, загрязне ние атмосферы (и как следствие — парниковый эффект, разруше ние озонового слоя, кислотные дожди) и гидросферы (океана, пресных надземных и подземных вод), деградация наземных эко систем (уменьшение залесенности планеты, опустынивание, раз рушение почв, снижение биоразнообразия).

1.2. Разрушение литосферы

Основные потоки минерального вещества (в млрд т в год) на планете Земля имеют следующие значения (Королев, 1996):

вынос солей с моря на сушу — 0,3–0,5; фитогенный вынос минеральных веществ — 1,0; сжигание минерального топлива — 6,5; вулканизм — 3,0; твердый сток — 14,1;

сток растворенных веществ — 3,3; морская абразия (разрушение берегов) — 0,7–1,0;

денудация (размывание грунта) в областях покровного оледе нения — 2,2–2,3.

Таблица 4

Техногенное воздействие на верхние горизонты земной коры, в год

12

Таким образом, сегодня главными факторами, усиливающи ми процесс перемещения твердого вещества на планете, являются сжигание минерального топлива (т. е. углеродистых энергоноси телей) и твердый сток, который благодаря человеку резко усилил ся за счет эрозии почв.

Масштабы техногенного влияния человека на литосферу до стигли колоссальных величин, которые превышают интенсив ность естественных потоков вещества и подтверждают вывод В.И. Вернадского о том, что человек сегодня является главной геологической силой планеты (табл. 4).

Интенсивность вмешательства в геологическую среду возрас тала с увеличением энерговооруженности человека. К примеру, скорость строительства крупных гидротехнических сооружений за последнее столетие увеличилась в 10 раз (табл. 5).

Таблица 5

Объемы перемещенного грунта и темпы строительства некоторых каналов (по: Хазанов, 1975)

В результате антропогенного вмешательства в литосферу ис кусственные (или техногенные) грунты уже покрывают более 55% площади городских территорий, а в ряде урбанизированных районов (Европа, Япония, Гонконг и др.) — 95–100% территории, а их мощность достигает нескольких десятков метров.

Если к 1985 г. суммарная площадь суши, покрываемая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, водохрани лища, каналы и т. п.), составляла около 8%, то к 1990 г. она пре высила 10%, а к 2000 г. возросла до 15%, т. е. примерно до 1/6 площади суши Земли.

Важным фактором разрушения литосферы является добыча полезных ископаемых открытым способом, которую широко практикуют развитые страны на территории бедных стран. П. Сампат (2003) пишет об астрономическом количестве отходов пустой породы, которая накапливается при этом варварском спо собе добычи сырья. Так, в 2000 г. в мире было добыто 900 млн т

13

железа, после чего осталось 6 млрд т пустой породы. На каждую тонну добытой меди приходится 110 т пустой породы и свыше 200 т снятой почвы.

В РФ общая площадь земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, а также занятых отходами горного производства, пре высила 2 млн га, из которых 65% приходится на европейскую часть страны. Только в Кузбассе угольными карьерами занято свыше 30 тыс. га, а в районе Курской магнитной аномалии — более 25 тыс. га плодородных угодий.

Немалый «вклад» в изменение литосферы внесла гидромелио рация. Суммарная длина только искусственных водохранилищ, по строенных на территории бывшего СССР к середине 1980 х, равня лась длине экватора Земли. На всем их протяжении развивались и продолжают развиваться различные геологические процессы (акти визация склоновых процессов — смыв грунта, переработка берегов, подтопление и т. д.). Протяженность магистральных оросительных и судоходных каналов на территории СНГ, также изменяющих гео логическую обстановку, намного больше и составляет около 3/4 рас стояния от Земли до Луны.

Фактором, нарушающим литосферу, является откачка грунто вых вод, вызывающая опускание поверхности. Так, северо восточ ная часть Токио за период с 1920 по 1975 гг. опустилась на 4,5 м. Аналогичное опускание на 4–9 м произошло в Мехико. Из за боль ших водозаборов из грунтовых вод активизируются карстовые про цессы. По этой причине в Уфе зарегистрировано 80 провалов, в Дзержинске — 54. В северо западной части Москвы образовались 42 карстовые воронки диаметром до 40 м при глубине 1,5–8 м.

Нарушение целостности литосферы происходит также при строительстве угольных шахт и добыче нефти. Например, в ре зультате добычи нефти и газа почти на 9 м произошло оседание грунта в городе Лонг Бич (США).

Крупные вмешательства человека в литосферу стали причи ной землетрясений. Чаще всего землетрясения техногенного про исхождения возникают в связи с созданием крупных и глубоких водохранилищ.

1.3. Загрязнение атмосферы

1.3.1. Общая характеристика

Загрязнение атмосферы — одно из наиболее опасных послед ствий научно технической революции и использования челове ком ископаемого топлива. Экологи насчитывают около 2000 за

14

грязнителей атмосферы, значительная часть которых образуется главным образом в результате хозяйственной деятельности чело века. Наиболее распространенные атмосферные загрязнители — сернистый газ (SO2), оксиды азота (N2O, NO, NO2), оксид углерода (угарный газ — CO), хлор, формальдегид (НСНО), фенол (C6H5OH), сероводород (H2S), аммиак (NH3), бензопирен, пыль.

Внекоторых случаях из оксидов азота и углеводородов под дей ствием солнечного света могут образовываться новые соединения (фотооксиданты) — озон, азотная кислота и др., вызывающие у человека воспаление слизистых оболочек дыхательных путей.

Вцелом загрязнение атмосферы пагубно влияет на здоровье людей. Так, только от загрязнения в результате сжигания топлива в мире ежегодно умирают 2,7 млн человек, из них 2 млн — в развивающихся странах (Данилов Данильян и др., 2001).

Основные виновники загрязнения атмосферы — города с их транспортом и промышленностью. Если принять загрязнение ат мосферы над океаном за единицу, то над селами оно выше в 10 раз, над небольшими городами — в 35, а над большими горо дами и промышленными объектами — в 150 раз. Толщина слоя загрязненного воздуха над городом составляет 1,5–2 км.

Следствием загрязнения атмосферы является формирование смога — туманной завесы над промышленными предприятиями и городами, образованной из газообразных отходов, в первую оче редь диоксида серы. Различают зимний смог (лондонский тип) и летний смог (лос анджелесский тип). Предпосылками для форми рования зимнего смога является безветренная тихая погода, спо собствующая накоплению выхлопных газов транспорта и выб росов из невысоких труб. Летний смог (его называют также фотохимическим) вызывается оксидами азота и углеводородами, из которых при интенсивном солнечном свете образуются фотоок сиданты, преимущественно озон. В Лондоне в 1952 г. смог привел к гибели 4000 человек, а в 1956 г. унес еще больше жизней.

Основной причиной загрязнения атмосферы в РФ (по объему выбросов из стационарных источников без учета транспорта) в на стоящее время являются предприятия энергетики (25% от об щего выброса промышленностью РФ), цветной (23%) и черной (16%) металлургии, нефтедобывающей промышленности (11%). Из числа ТЭЦ наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят тепловые электростанции (особенно работающие на угле и ма зуте). Сильно загрязняют атмосферу нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт, а также котельные и домашние

15

печи, которые топят углем. В целом в РФ за 1996–2000 гг. коли чество выбросов в воздух от стационарных источников умень шилось с 20 274,12 тыс. т до 18 819,82 тыс.

Несмотря на столь высокие уровни загрязнения атмосферы РФ не является главным загрязнителем атмосферы планеты (табл. 6).

Таблица 6

Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей в мире и в РФ, млн т (по: Акимова и др., 2001)

Наиболее опасными следствиями загрязнения атмосферы яв ляются усиление парникового эффекта, разрушение озонового слоя, кислотные дожди.

1.3.2. Усиление парникового эффекта

Парниковый эффект — это эффект разогрева приземного слоя воздуха, вызванный тем, что атмосфера поглощает длинноволно вое (тепловое) излучение земной поверхности, в которое превра щается большая часть достигнувшей Земли световой энергии Солнца. Парниковый эффект усиливается повышением кон центрации в атмосфере парниковых газов — диоксида углерода, метана, оксидов азота, озона, фреонов, а также некоторых других газов и паров воды, что ведет к потеплению климата. Из за того что большая часть этого излучения не пропускается парнико выми газами и облаками, температура на поверхности Земли на 33 оС теплее, чем было бы в отсутствие этого процесса.

Вклад в парниковый эффект диоксида углерода составляет 66%, метана — 18, фреонов — 8, оксида азота — 3, остальных газов — 5%. Влияние на парниковый эффект разных газов сущес твенно различается. Так, влияние молекулы метана в 25 раз, а фреонов в 11 тыс. раз сильнее, чем молекулы диоксида углерода.

16

Внастоящее время содержание диоксида углерода в атмос фере составляет 336 частей на 1 млн. Ежегодно оно возрастает на 1–2 части. С усилением парникового эффекта связывают таяние льдов Арктики. Так, ледовый покров Северного Ледовитого оке ана за последние 30 лет стал тоньше на 40%. Несколько десятиле тий достичь Северного полюса могли лишь отдельные героичес кие личности. Сегодня его можно посетить на ледоколе средней мощности в комфортабельной каюте. Тают ледники Гренландии, Альп, Кавказа, Килиманджаро. За последнее столетие уровень Мирового океана поднялся на 20 см (Браун, 2003).

При повышении концентрации диоксида углерода до 400–500 частей на 1 млн произойдет потепление поверхности всей планеты

всреднем на 1–1,5 градуса, а при концентрации 600–700 час тей — на 4–5 градусов. Потепление климата вызовет катастрофи ческие изменения в биосфере, участятся засухи, начнется таяние ледников Арктики, Гренландии и в горных массивах (вклад Ан тарктиды предполагается незначительным, так как при потепле нии там будет выпадать больше осадков и ускорится нарастание толщи льда). Поднимется уровень Мирового океана. К 2030 г. ожидается повышение уровня океана на 20 см, а к 2100 — на 60 см. В результате могут быть затоплены равнинные приморские страны (в том числе такие густонаселенные, как Бангладеш).

Всеверных территориях с многолетней мерзлотой возможно вытаивание ледяных толщ и образование на месте лесов озер.

Внекоторых странах с холодным климатом (скандинавские, Ка нада, Россия), возможно, улучшатся климатические условия для сельского хозяйства. Однако из за уменьшения количества осадков резко снизится производство зерна в североамериканских прериях, которые являются его главными производителями в глобальном масштабе. Э. Длуголецки полагает, что сегодня мы только начинаем учитывать экономический ущерб от изменения климата: «При тепе решних темпах роста к 2065 г. величина такого ущерба превзойдет прогнозируемый валовой мировой продукт. Но мир придет к бан кротству… еще до этого» (цит. по: Браун, 2003, с. 41).

Несмотря на документы конференции в Рио де Жанейро, ко торые обязывали все страны уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу, положительный результат достигнут только в Германии, которая снизила выбросы на 10%. В РФ выбросы угле кислого газа уменьшились на 27,4%, но это произошло в резуль тате спада производства. В то же время Индонезия увеличила вы бросы углекислого газа почти на 40%, Китай и Индия — на 30%, Бразилия — на 20% (см. 11.3.1).

17

ВСША, доля которых в глобальном выбросе углекислого газа составляет 27,9%, выбросы увеличились на 6,2%. Эта страна яв ляется печальным рекордсменом в загрязнении окружающей среды. При среднемировом количестве выбросов углекислого газа на одного человека 0,9 т (в РФ — 2,9, в Индии — 0,3), США выбра сывают в атмосферу ежегодно 5,3 т на каждого американца.

Впрочем, следует учитывать, что гипотеза о неизбежности по тепления климата и таяния льдов с последующим повышением уровня океана признается далеко не всеми. Так, высказывается мнение, что потеплению будут препятствовать океанические те чения. В настоящее время мягкость климата в странах Европы во многом определяется теплыми поверхностными течениями (час тью их является Гольфстрим), которые мощным потоком (с объе мом воды примерно равном ста Амазонкам) поступают из тропи ческих районов Атлантики. Эти воды несколько более соленые

ипотому более тяжелые, чем воды Северной Атлантики. Близ Исландии они сильно охлаждаются, отдавая свое тепло атмос фере, опускаются на дно и дают начало мощному холодному тече нию, которое движется на большой глубине уже в обратном на правлении — к югу Атлантического океана.

О том, как непредсказуем вклад океана в климат суши, свиде тельствует «поведение» Эль Ниньо — Южное колебание (ЭНЮК). Это аномальное (выше нормы) потепление поверхностных вод Ти хого океана у берегов Эквадора и Перу наблюдается раз в несколь ко лет. Продолжительность ЭНЮК — от 6–8 месяцев до трех лет, в среднем — год полтора. ЭНЮК чаще всего приходится на рожде ственские праздники (конец декабря) и потому рыбаки западного побережья Южной Америки связывали его с именем Иисуса мла денца («эль ниньо» — по испански означает «малыш»). Меж ду ЭНЮК происходит апвеллинг, названный перуанцами «Ла Нинья» (в переводе — «малышка»).

Каждое потепление воды не только резко снижает рыбопро дуктивность океана, но и оказывает колоссальное влияние на климат планеты, вызывая наводнения. Несмотря на удаленность районов формирования ЭНЮК от России, именно с учащением этого явления связывают повышение уровня Каспийского моря.

Благодаря потеплению климата за последние десятилетия частота ЭНЮК возросла. Средний интервал между этими явлени ями за 100 лет уменьшился с 7 до 5 лет, однако в 1997–1998 гг. этого явления вообще не наблюдалось!

Вмеханизме, приводящем в движение «конвейер» морских течений, очень важную роль играет опускание тяжелых, более со

18