Концепции экологии. Учебное пособие

Существует большая опасность того, что многие виды могут исчезнуть раньше, чем станут объектом научных исследований. Важно помнить принцип потенциальной полезности, который гласит, что мы не можем предвидеть, какое значение для людей будет иметь в будущем тот или иной вид.

1.8.3. Сохранениеживотного мира

Жизнь на Земле может существовать только в виде сообществ живых организмов - биоценозов. Сложность и "многоуровневость" природных процессов требует развития теории охраны природы и комплексного подхода к решению конкретных задач. Тем не менее, можно сформулировать несколько общих принципов охраны животных:

Для сохранения отдельных видов необходимо сохранение биоценозов, в которых они живут. Сохранение лишь одного вида без сохранения других видов, связанных с ним трофическими и другими связями, нереально.

Для длительного сохранения биоценозов необходимо сохранение их сложности, т.е. видового состава, сложившегося в ходе длительной эволюции. Чем сложнее сообщество живых организмов, тем оно устойчивее.

Для сохранения отдельного вида необходимо сохранять или создавать систему взаимосвязанных популяций этого вида. Вид не может длительное время существовать в одной изолированной популяции.

Малочисленные популяции всегда находятся под угрозой исчезновения и требуют особой охраны.

Международный союз охраны природы разработал всеобщую стратегию охраны природы. Эта стратегия позволяет определить первоочередные задачи в решении проблем охраны большинства групп животных. Одна из важнейших задач такой работы - обеспечение координации усилий общественных, правительственных, национальных и международных организаций в осуществлении охраны живых природных ресурсов. Программа-минимум в отношении отдельных видов животных включает:

•сохранение от уничтожения любого вида;

•сохранение внутривидовой изменчивости каждого вида;

•обеспечение восстановления численности эксплуатируемых популяций промысловых видов.

Кроме того, сформулирован ряд критериев, позволяющих определять потенциальную ценность исчезающего вида и выбирать направление природоохранной деятельности:

Величина возмож ной генет ической пот ери, вызванная исчезновением данного вида. Если с потерей данного вида мир лишается целого семейства животных, то, несомненно, это более катастрофично и неприемлемо, чем потеря одного из видов многочисленного семейства или рода.

Географический крит ерий. В первую очередь должен охраняться вид, исчезающий во всем ареале.

71

Ст епень опасност и исчезновения данного вида. Выделяют две категории видов:

виды, находящиеся под угрозой исчезновения, и редкие виды. Естественно, что исчезающие виды должны охраняться в первую очередь.

Все эти критерии позволяют установить очередность природоохранных мероприятий и необходимые затраты на сохранение того или иного вида животных. Одно из важнейших направлений сохранения многообразия видов животных - это восстановление численности исчезающих животных с их дальнейшим расселением. В качестве примеров успешного спасения исчезающих видов можно привести восстановление численности соболя, зубра и бобра.

72

2. ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА

2.1. Здоровье человека и окружающая среда

По мере формирования экологии человека как самостоятельного направления экологии сложился ее понятийный аппарат и соответствующая терминология.

Под загрязнением понимается наличие в окружающей среде веществ (загрязнителей) в количествах, превышающих предельно допустимую концентрацию (ПДК) и оказывающих неблагоприятное воздействие на здоровье и санитарно-бытовые условия проживания человека. Другими словами, загрязнение - это наличие экзогенных химических веществ в ненадлежащем месте, в ненадлежащее время и в ненадлежащем количестве. Наиболее опасны для человека и животных тяжелые металлы, хлорированные углеводороды, нитраты, нитриты, асбест и ядохимикаты (пестициды, гербициды, инсектициды и др.).

Согласно определению Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), под здоровьем человека понимается состояние полного физического, духовного и социального благополучия, а не только отсутствие болезни или физических дефектов, как это широко распространено в общественном сознании. На здоровье человека влияют весьма разнообразные факторы. В первую очередь это образ жизни (50 - 52%), затем генотип человека (20 - 22%), окружающая среда (18 - 20%) и здравоохранение (7 - 12%).

Понятие "окруж ающая среда" включает совокупность природных и антропогенных факторов. Структура окружающей среды может быть условно разделена на природные и социальные элементы. Условность такого деления обусловлена тем, что природные факторы действуют на человека в определенных социальных условиях и нередко существенно изменяются в результате его собственной деятельности.

Природные элементы окружающей среды по характеру действия можно подразделить на четыре категории: механические, физические, химические и биологические. К механическим природным факторам относятся: действие ветра, морского прибоя, шум. К физическим факторам - атмосферное давление, солнечная радиация, температура воздуха и воды, ионизирующие излучения. К химическим, а точнее, к геохимическим факторам окружающей среды можно отнести соотношение химических элементов и соединений в почве, воде, воздухе, в сельскохозяйственных продуктах. Действие биологических факторов проявляется в изменении флоры, фауны, микроорганизмов, возникновении очагов возбудителей массовых заболеваний человека, животных, растений, появлении новых природных аллергенов.

Группа социальных факторов (труд, быт, социально-экономический уклад, информация и другие) также разделяется на ря д компонентов, влияющих на условия жизни и состояние здоровья человека. Так, если говорить о влиянии условий труда, то необходимо учитывать социально-экономические, технические, организационные и другие факторы. Деятельность человека увеличивает значение социальных факторов. Их изменения, в свою очередь, влияют на показатели здоровья населения, на развитие и распространение патологий, на демографические процессы.

73

Наиболее показательным примером влияния загрязнения окружающей среды на здоровье человека является отравления т яж елыми мет аллами, в частности, ртутью и свинцом.

Свинец, как и другие тяжелые металлы, попадая в организм человека, взаимодействует с белками и блокирует действие многих ферментов. Свинец способен накапливаться в организме, особенно в костной ткани. Высокое содержание свинца в тканях и органах человека вызывает рост сердечнососудистых и онкологических заболеваний, замедление умственного развития детей, увеличение показателей детской смертности.

В современных условиях основным источником загрязнения окружающей среды соединениями свинца является использование этилированного бензина. Соединения свинца примешиваются к бензину в качестве антидетонатора. Естественно, что наибольшие концентрации свинца обнаруживаются в воздухе городов, крупных автострад и в зеленой массе растений. Свинец, включаясь в пищевые цепи, может распространяться по всей экосистеме и попадать в организм человека с продуктами питания как растительного, так и животного происхождения. Как показали масштабные исследования, у современных американцев, например, содержание соединений свинца в организме в 400 раз выше естественного "доиндустриального" уровня.

Не менее опасными, в плане возможного включения в трофические цепи и влияния на здоровье людей, являются пест ициды. В настоящее время в сельскохозяйственном производстве используется более 60 различных пестицидов. Многие из них, помимо специфического действия на сельскохозяйственных вредителей, могут оказывать неблагоприятное воздействие на организм человека.

Далеко не безвредными для человеческого организма являются нитраты и нитриты. Нит рат ы (соли азотной кислоты) вносятся в почву с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Чрезмерное внесение нитратов в почву приводит к их накапливанию как в зеленой массе растений, так и в корнеплодах. Особенно опасны высокие концентрации нитратов в питьевой воде. При взаимодействии нитратов и нитритов с гемоглобином образуется метгемоглобин, который не может выполнять функцию переносчика кислорода. Вследствие этого нарушается процесс связывания кислорода, появляются симптомы кислородного голодания - цианоз, отдышка, асфиксия.

Нит рит ы, также представляющие собой соли азотистой кислоты, давно используются в качестве консерванта при изготовлении колбас, ветчины, мясных консервов. Известны случаи случайного отравления в быту, когда вместо поваренной соли использовался нитрит натрия. Другая опасность состоит в том, что при прохождении желудочно-кишечного тракта под воздействием микроорганизмов из них образуются канцерогенные соединения.

Чрезвычайно опасными в течение длительного времени являются радионуклиды, попадающие в организм человека с продуктами питания. Такие продукты расщепления урана, как стронций-90 и цезий-137 имеют период полураспада порядка 30 лет. Передаваясь по пищевым цепям, они могут концентрироваться в организме человека, вызывая постепенное проявление патологического действия. Характер такого действия может быть самым разнообразным: поражение ЦНС, нарушение пищеварения и усвоения пищевых веществ, снижение иммунитета, увеличение частоты мутаций и др.

74

Вредные вещества могут попадать в организм человека не только с пищей. До 20% всех вредных веществ человек получает из воздуха. Вредные вещества, попадающие через органы дыхания, оказывают намного более сильное влияние, чем те же вещества, попадая через органы пищеварения. Установлено, что яд, поступающий через органы дыхания, нередко действует в 80 - 100 раз сильнее, чем при поступлении через желудочно-кишечный тракт.

2.2.Факторы экологического риска

Всовременных условиях окружающая среда далеко не всегда влияет на человека положительно. Многие условия среды являются потенциально опасными для здоровья и жизни человека.

Перечислим основные факторы экологического риска для здоровья человека. Абиотические:

•климатические и метеорологические: осадки, ливни, ураганы, засухи, лавины, оползни;

•геофизические: геомагнитные бури, землетрясения, цунами;

•гидрографические: наводнения, заболачивание, осушение;

•геологические: тектонические разломы, радиация;

Биотические:

•фауна: ядовитые и опасные животные, возбудители и переносчики заболеваний;

•флора: ядовитые и лекарственные растения;

•микрофлора воздуха, воды, почв, животных, растений;

•органические вещества: токсины, продукты обмена веществ;

Антропогенные:

•физическое и тепловое загрязнение воздуха, воды, почвы; шум, радиация, электромагнитное излучение;

•химические загрязнения воздуха, воды, почвы, растений, животных, продуктов питания;

•биологические факторы: микробные загрязнения воздуха, воды, почвы, органические отходы, аллергены;

•промышленные и транспортные факторы: аварии, катастрофы;

•психотравмирующие факторы: стрессы, утомляемость;

Кфакторам экологического риска, безусловно, можно также отнести недостаток знаний о явлениях природы и токсичности веществ. Образно говоря, незнание физических, биологических, экологических законов не освобождает человека от подчинения им. Многие факторы риска еще не изучены (геопатогенные зоны, например) или для их оценки не хватает экспериментальных и статистических данных. Что касается промышленного загрязнения, то сами загрязнители, нередко, не являются токсичными, а вред здоровью причиняют продукты их распада или взаимодействия с другими веществами.

75

Факторы риска могут проявлять себя в катастрофических масштабах. В летописях и хрониках описаны многочисленные стихийные бедствия и катастрофы.

2.3. Классификация катастроф

Известно много определений и классификаций катастроф. Как правило, под катастрофами понимаются экстремальные ситуации, оказывающие внезапное, быстротечное и опасное для жизни и здоровья людей воздействие. Чаще всего катастрофы разделяют на природные, технологические и социальные.

Кприродным катастрофам относят: землетрясения, извержения вулканов, оползни, лавины, наводнения, цунами, ливни, сели, циклоны, тайфуны, торнадо, а также пожары, вызываемые естественными причинами. Иногда к ним относят и биологические катастрофы, вызываемые флорой и фауной (эпидемии, нашествия саранчи, термитов, крыс и т.п.)

Ктехнологическим катастрофам обычно относят пожары, разрушения зданий, прорывы плотин, дамб, нефтепроводов, взрывы складов горючего и боеприпасов, аварии на промышленных предприятиях, аварии на железнодорожном, морском и авиационном транспорте, загрязнение воздуха, воды и почвы.

Ксоциальным (общественным) катастрофам относят: голод, войны, терроризм, мятежи, панику.

Вероятность развития эпидемий возрастает на два порядка при землетрясениях, цунами, наводнениях, на три порядка при перенаселенности и на шесть порядков в условиях так называемой «ядерной зимы".

Природные катастрофы колоссального масштаба возникали на Земле с момента ее возникновения. Ледниковые периоды (ранние начались около 2 млрд., а последний 15 - 20 тыс. лет назад), падения крупных метеоритов, мощные извержения и взрывы вулканов приводили к катастрофам планетарного масштаба. Существует большая вероятность того, что исчезновение флоры и фауны мезозоя (в том числе, гигантских рептилий) связано с планетарно-космическим катаклизмом, вызванным падением крупного астероида или встречей Земли с ядром кометы.

Резкие изменения климата в недалеком прошлом приводили к упадку культуры и гибели целых государств.

Внаше время выявлены определенные тенденции и закономерности в динамике катастроф на планете Земля. Во-первых, происходит увеличение частоты катастроф. Одновременно с увеличением частоты природных катастроф увеличивается число жертв

ивеличина материального ущерба. По неполным данным, в 60-е годы ХХ века в результате катастроф (наводнения, засухи, циклоны, землетрясения) в среднем погибали ежегодно 22,5 тысяч человек, а в 80-е годы - уже 11,5 тысяч человек.

Во-вторых, установлено, что по частоте возникновения первое место занимают метеорологические катастрофы (наводнения, засухи, тайфуны). На второе место вышли антропогенные катастрофы (выбросы токсичных веществ). Далее следуют геофизические (землетрясения, извержения вулканов, цунами) катастрофы. В промышленно развитых

76

странах на первое место выходят техногенные катастрофы (промышленные, транспортные, экологические).

В-третьих, за последние десятилетия постоянно увеличивается численность жертв природных катастроф в развивающихся странах. С 1970 г. по 1991 г. на одну катастрофу в развитых странах в среднем приходилось 150 погибших, а в развивающихся странах - 3200. Однако средний экономический ущерб, вызываемый катастрофами, выше в высокоразвитых странах.

Причинами столь тяжелых последствий катастроф в развивающихся странах являются демографический "взрыв", деградация окружающей среды из-за нерационального использования природных ресурсов и уязвимость населения из-за нищеты и несправедливых социальных систем.

В-четвертых, вероятность возникновения многих катастроф зависит от геоморфологических особенностей территории. Потенциальная лавинная опасность, вероятность возникновения селей и оползней в значительной степени определяется рельефом местности. Вероятность возникновения землетрясений зависит от сейсмической активности конкретного района.

2.4.Глобальные проблемы человечества

2.4.1.Глобальное потепление климата

Как уже упоминалось ранее, глобальное потепление климата вызвано усилением "парникового эффекта". Как ни удивительно, потепление климата представляет собой одну из самых больших опасностей для человечества.

Проблема потепления климата тесно связана с изменением уровня Мирового океана. Многие поколения людей привыкли считать существующую береговую линию практически неизменной. В прибрежных районах наиболее активно строились города, порты и развивалась экономика. В настоящее время в прибрежной полосе (около 3% земной поверхности) проживает около одного млрд. человек и собирается треть мирового урожая сельскохозяйственных культур. Однако в геологическом масштабе времени уровень Мирового океана и прибрежная полоса далеко не постоянны. Изменение уровня моря в наибольшей степени зависит от периодических (с циклом около 100 тыс. лет) оледенений и таяний ледников, вызванных сменой похолоданий и потеплений климата. Для человечества принципиальное значение имеет время, за которое изменяется уровень океана, поскольку к медленным изменениям конфигурации береговой линии приспособиться намного проще, чем к быстрым. Так, за последние 5 тыс. лет (время существования человеческой цивилизации) незначительные колебания климата вызывали изменения уровня Мирового океана в пределах 1 - 10 см за столетие. В ХХ веке его уровень повысился на 10 - 15 см, а XXI веке ожидается повышение уровня океана на 0,5 - 3,5 м.

Конфигурация береговой линии зависит не только от среднего уровня Мирового океана, но и от локального проседания земной поверхности. Уплотнение горных пород,

77

нисходящие тектонические движения, извлечение полезных ископаемых приводят к локальным понижениям уровня суши и наступлению моря. Проседание прибрежных районов может вызвать повышение относительного уровня моря в некоторых районах в пять раз больше, чем в среднем на планете. Так, при повышении среднего уровня Мирового океана на 20 см локальный уровень моря на Атлантическом побережье США может повыситься до 100 см.

Сроки наступления тех или иных изменений зависят от множества факторов. Ближайшим следствием, вероятно, будет увеличение объема воды в результате ее теплового расширения. Темпы этого процесса зависят от скорости прогревания и перемешивания поверхностных слоев воды. В долгосрочной перспективе наибольший вклад в увеличение объема воды внесет таяние ледяного покрова Антарктикы.

Если глобальное потепление будет продолжаться такими же темпами, как и сейчас, то уровень Мирового океана достигнет максимальных значений. Теоретически ледяной покров, существующий на Земле, содержит достаточно воды, чтобы поднять средний уровень Мирового океана более чем на 70 м. Ожидающееся повышение уровня моря будет самым большим за всю историю человечества и может привести к колоссальным экономическим потерям.

Помимо затопления густонаселенных территорий произойдет разрушение прибрежных экосистем и береговой линии, увеличится площадь земель, подверженных наводнениям, изменится уровень грунтовых вод, произойдет усиление штормов и наводнений.

Существует только два пути решения проблемы: остановить наступление океана или отступить вглубь материков. Отступление означает потерю наиболее высокоразвитых и густонаселенных территорий. Борьба с океаном потребует огромных усилий и материальных затрат, вполне сопоставимых с величиной экономических потерь при затоплении.

Сдержать наступление моря, по-видимому, можно и другими способами. Установлено, что потепление вызвано усилением парникового эффекта из-за выброса в атмосферу углекислого газа и метана. Прекратив такие выбросы можно добиться замедления потепления климата. Для того чтобы уменьшить содержание углекислого газа в атмосфере человечеству необходимо прекратить сжигание нефти, газа, угля и остановить процесс уменьшения площади лесов. Интенсивная вырубка лесов приводит к накоплению углекислого газа в атмосфере в размерах, сопоставимых с выбросами транспорта и промышленных предприятий. В наибольшей степени это касается тропических и субтропических лесов, т.к. они в процессе фотосинтеза поглощают большую часть углекислого газа. Поэтому решение проблемы потепления климата потребует согласованных действий как промышленно развитых, так и развивающихся стран, на территории которых интенсивно вырубаются леса.

Отказ от использования ископаемых видов топлива ставит перед человечеством ряд серьезнейших проблем. Во-первых, в настоящее время ископаемое топливо обеспечивает большую часть (до 78%) мировых потребностей в энергии, в том числе нефть - 33%, уголь - 27%, газ - 18%. Во-вторых, альтернативные источники энергии еще далеки от совершенства, а отказаться от транспорта, работающего на ископаемом топливе, мы не можем. В-третьих, для замены существующих тепловых и электростанций,

78

использующих ископаемые виды топлива, потребуется строительство большого количества атомных электростанций, что обострит проблему захоронения радиоактивных отходов, увеличит риск аварий и радиоактивного заражения. В ближайшем будущем прекращение использования нефти, угля и газа в качестве топлива вряд ли возможно. Возможно только увеличение эффективности его использования и жесткий контроль выброса двуокиси углерода в атмосферу.

2.4.2. Энергетический кризис

Источники энергии всегда имели и имеют первостепенное значение для жизнедеятельности человеческой цивилизации. Энергопотребление современного человечества слагается из потребления энергии биомассы (т.е. пищи) и энергии ископаемого топлива (нефть, газ, уголь, урановая руда). В высокоразвитых странах потребление энергии топлива намного больше потребления энергии пищи. В США, например потребление энергии топлива в 10 раз превышает потребление энергии пищи. В развивающихся странах наблюдается обратная картина: потребление энергии биомассы существенно превышает потребление "техногенной" энергии.

Человечество использует несколько видов энергии:

Энергия химических связей - это наиболее древний и широко используемый человеком вид э нергии. Жизнедеятельность организма человека основана на использовании энергии окисления (т.е. взаимодействия с кислородом) органических соединений, составляющих его пищу. Для приготовления пищи тоже используется энергия окисления (горения) дерева и газа. Сжигание угля, нефти и газа в тепловых электростанциях позволяет вырабатывать электроэнергию. В настоящее время полезные ископаемые являются основным источником энергии. Однако они обладают весьма существенными недостатками. Во-первых, они исчерпаемы и не возобновляемы. Мировых запасов полезных ископаемых при существующих темпах добычи хватит на десятки или сотни лет. Во-вторых, при их сгорании выделяется большое количество ядовитых и вредных веществ. В-третьих, происходит тепловое загрязнение водоемов и атмосферы, что нарушает сложившееся равновесие в экосистемах.

Механическая энергия. Наиболее широко используется энергия падающей воды и ветра. Самое древнее приспособление для использования энергии ветра - парус. Тысячелетиями позже появились водяные и ветряные мельницы, а в ХХ веке - их более совершенные аналоги: гидроэлектростанции, ветровые генераторы и приливные электростанции. Использование механической энергии имеет ряд преимуществ по сравнению со сжиганием ископаемого топлива: во-первых, практически нет выбросов вредных веществ, во-вторых, используются неисчерпаемые энергоресурсы, в-третьих, нет необходимости транспортировки энергоносителей. Однако современные гидроэлектростанции и ветровые генераторы кроме очевидных преимуществ имеют ряд недостатков, ограничивающих их использование.

При строительстве гидроэлектростанций (ГЭС) неизбежно затапливаются большие территории наиболее плодородной земли. ГЭС преграждает пути миграций рыб,

79

способствует тепловому загрязнению и "зацветанию" водоемов, что приводит к исчезновению многих видов рыб.

Для создания эффективных ветровых энергоустановок нужны сложные технологии самолетостроения, которые экологически чистыми назвать пока нельзя. Ветровые генераторы издают шум в ультразвуковом диапазоне, приводящий к гибели птиц.

Перспективными источниками энергии считаются морские течения, приливы и отливы, однако, широкого распространения такие электростанции не получили.

Солнечная энергия. Солнечная энергия, ежегодно поступающая на поверхность Земли, в 15 тыс. раз превышает потребности человечества в энергии. Однако широкое использование энергии Солнца только недавно стало рентабельным и в обозримом будущем сможет удовлетворить только около 10 - 12 % мировой потребности в энергии.

Внастоящее время для улавливания солнечной энергии используются солнечные батареи

игелиоэлектростанции. Коэффициент полезного действия гелиоэлектростанций - около

22%.

Крупномасштабному использованию солнечной энергии препятствует несовершенство и высокая стоимость солнечных энергоустановок. Кроме того, солнечная энергия, поступающая на поверхность Земли, зависит от погоды и времени суток, ее невозможно запасать и передавать на большие расстояния. Солнечные установки эффективны только там, где большую часть года стоят солнечные дни.

Тепловая (геотермальная) энергия. В районах с высокой вулканической активностью в качестве источника энергии можно использовать горячие геотермальные воды. Расположенные близко к поверхности земли горячие подземные источники могут использоваться в тепловых (геотермальных) электростанциях и для обогрева жилья. В Исландии, например, до 80% домов обогревается геотермальным теплом. Значительные ресурсы геотермальных вод, достаточные для производства электроэнергии на экспорт, имеются в станах Латинской Америки, в Новой Зеландии, на Филиппинах и на Камчатке.

Атомная энергия. Это один из самых широко используемых источников энергии, несмотря на то, что энергия распада радиоактивных элементов начала использоваться только с 1950-х годов. В настоящее время атомные электростанции (АЭС) обеспечивают до 20% мировой потребности в энергии. Использование атомной энергии позволяет существенно уменьшить выбросы ядовитых веществ от сгорания ископаемого топлива и экономить нефть, газ и уголь. Кроме того, это относительно недорогой вид энергии. Однако использование атомной энергии сопряжено с рядом трудностей. Во-первых, необходимо обеспечить безопасность и безотказность работы АЭС, что требует значительных капиталовложений. Во-вторых, необходимо иметь возможность безопасно захоронить радиоактивные отходы, образующиеся при работе АЭС. В-третьих, добыча, транспортировка и обогащение урановой руды должны сопровождаться повышенными мерами безопасности.

Витоге человечество в основном использует энергию исчерпаемых и невозобновимых источников. Ограниченность запасов нефти, газа, угля и радиоактивных элементов делает неизбежным энергетический кризис.

80