3. Глобальные
проблемы экологии. Признаки экологического
кризиса
Каждый час
днем и ночью население нашей
планеты увеличивается более
чем на 7500 человек. За год чистый
прирост населения достигает 70 млн.
человек.
За последние
30 лет население в мире увеличилось
примерно вдвое. В то же время за
последние 40 лет значительно изменилась
средняя плотность населения
на земном шаре. По сравнению с 1950 годом
она увеличилась вдвое и составляет
36 человек на квадратный километр. Характерно,
что одновременно с ростом населения
увеличивается (особенно в развитых
странах) его средний возраст, растет
число пенсионеров, что создает
определенные трудности для работающей
части населения. Численность населения
существенно влияет на окружающую среду
и, в частности, на ее загрязнение, так
как с увеличением количества
населения возрастает количество всего
того, что потребляется, производится,
строится человеком (продукты питания,
энергия, жилье, машины, транспорт, сырье,
металл и т.п.) и выбрасывается. В
общем виде «кризис есть нарушение
равновесия системы и в то же время
переход к новому ее равновесию».
Таким образом, кризис есть стадия,
на которой функционирование системы
достигает своих пределов. Кризис
может характеризоваться ситуацией
возникновения препятствий в
развитии системы, и задача системы
-- найти приемлемый выход из создавшегося
положения.
Человечество
уже не раз сталкивалось с возникновением
экологических кризисов и достаточно
уверенно преодолевало их. Рассмотрим
не менее глобальные экологические
проблемы, во многом связанные с
усилением антропогенной деятельности.
Известно, что главный источник жизни
на земле -- энергия Солнца. От Солнца
на Землю поступает огромное количество
энергии, в том числе тепловой.
Годовое ее количество примерно в
десять раз больше количества всей
тепловой энергии, заключенной во всех
разведанных запасах органического
топлива планеты. Использование лишь 0,01%
общего количества световой энергии, поступающей
на поверхность Земли, могло бы полностью
обеспечить мировые потребности в энергии.
Однако количество усвояемой Землей солнечной
энергии ничтожно мало. Его увеличению
способствует наличие в атмосфере так
называемых «парниковых» газов и прежде
всего диоксида углерода, выделение которого
заметно возрастает. Он свободно пропускает
солнечные лучи, но задерживает отраженное
тепловое излучение Земли. В атмосфере
содержатся и другие газы, обладающие
тем же эффектом: метан, фторхлоруглероды
(фреоны), рост мирового выброса которых
за 1957--1987гг. Повышение содержания этих
газов в воздухе, а также озона, загрязняющего
нижние слои атмосферы, может привести
к тому, что Землей будет усваиваться больше
солнечной энергии. Это, а также увеличение
тепловыделений от хозяйственной деятельности
человека, приводит к повышению температуры
воздуха на Земле. В Северном полушарии
сейчас температура воздуха у поверхности
Земли на 0,4°С выше, чем в 1950--1980гг. По прогнозам
на 2050 г. вероятное глобальное повышение
температуры составит 3--4° С, изменится
режим осадков. В связи с этим в высоких
широтах могут растаять материковые льды;
уровень воды в морях и океанах поднимется
не только вследствие таяния льдов, но
и в результате увеличения объема воды
из-за повышения ее температуры. Высказывается
предположение, что летняя жара в последние
годы во многих районах планеты есть результат
парникового эффекта. Для снижения угрозы
потепления климата Земли необходимо
сокращение выбросов диоксида углерода
и других «парниковых» газов, а также сокращение
сжигания различных видов органического
топлива. Еще одна глобальная экологическая
проблема -- так называемые кислотные дожди.
Кислотный дождь -- одна из наиболее серьезных
форм загрязнения окружающей среды, опасная
болезнь биосферы. Эти дожди образуются
вследствие поступления в атмосферу на
большую высоту от сгорающего топлива
(особенно сернистого) диоксида серы и
окислов азота. Получающиеся при этом
в атмосфере слабые растворы серной и
азотной кислоты могут выпадать в виде
осадков иногда через несколько дней в
сотнях километров от источника выделения.
Установить место зарождения кислотного
дождя технически пока невозможно. Проникая
в почву, кислотные дожди нарушают ее структуру,
пагубно влияют на полезные микроорганизмы,
растворяют природные минералы, такие
как кальций и калий, унося их в подпочвенный
слой и отбирая у растений их основной
источник питания. Вред, наносимый растительности
кислотными дождями, особенно соединениями
серы, огромен. Внешний признак воздействия
сернистого ангидрида -- постепенное потемнение
листьев на деревьях, покраснение игл
сосны. Из культивируемых растений наиболее
чувствительны к его действию люцерна,
ячмень, овес, пшеница, ревень, салат-латук,
шпинат, табак, фасоль, свекла, редис и
томаты. Загрязнение воздушной среды теплогенерирующими
установками, промышленностью и транспортом,
как полагают ученые, привело к новому
явлению -- поражению некоторых видов лиственных
пород деревьев, а также к быстрому сокращению
скорости роста по меньшей мере шести
видов хвойных деревьев, что прослеживается
по годовым кольцам этих деревьев. Начался
этот процесс примерно в 1960г. и значительно
ускорился в последние 10 лет.
Предварительные
анализы показывают, что рост некоторых
вечнозеленых видов растений замедлился
на 20--30% по сравнению с 1930--1950гг. Ущерб,
наносимый в Европе кислотными дождями
рыбным запасам, растительному покрову,
архитектурным сооружениям, оценивается
в 3 млрд. долл. в год. Кислотные дожди,
различные вредные вещества, находящиеся'
в воздухе крупных городов, вызывают
также разрушение промышленных конструкций
и металлических деталей. Исследования,
проведенные в Спрингфилде (штат
Иллинойс, США), показали, что интенсивность
коррозии в городе в три раза выше,
чем в сельской местности. Большой
урон наносят кислотные дожди
здоровью людей. Вредные вещества, образующие
кислотные дожди, переносятся, с
воздушными потоками из одной страны
в другую, что иногда служит причиной
международных конфликтов. Кроме
потепления климата и появления
кислотных дождей, на планете наблюдается
еще одно глобальное явление -- разрушение
озонового слоя Земли.
При превышении
предельно допустимой концентрации
(в воздухе рабочей зоны она
составляет 0,1 мг/м3) озон оказывает
вредное воздействие на человека
и животных. При соединении с выхлопными
газами автомобилей и промышленными
выбросами вредное действие озона
усиливается, особенно при солнечном
облучении этой смеси. Вместе с тем
озоновый слой на высоте Н--20 км от поверхности
земли задерживает жесткое ультрафиолетовое
излучение Солнца, которое разрушительно
влияет на организм человека и животных.
Избыток солнечного излучения вызывает
рак кожи и другие заболевания, снижая
продуктивность сельскохозяйственных
угодий и Мирового океана. Сегодня
во всем мире производится около 1300 тыс.т
озоноразрушающих веществ, из них менее
10% -- в России. На долю США приходится
35% выпуска фторхлоруглеродов, на долю
Японии-- 10%. Для предотвращения тяжелых
последствий, связанных с разрушением
защитного озонового слоя Земли,
на международном уровне была принята
Венская конвенция, посвященная
его охране. Она предусматривает
замораживание и последующее
сокращение выпуска озоноразрушающих
веществ, а также разработку их безвредных
заменителей.
4. Влияние биосферы
на человека
Человек занимает
свою нишу в биосфере. Жизнедеятельность
человека обеспечивается за счет поступления
в его организм необходимых микроэлементов.
Изменение концентрации микроэлементов
в организме приводит к нарушению
биохимических процессов и к
различным заболеваниям. Поэтому
состояние окружающей среды, ее загрязненность
непосредственно влияют на здоровье
людей. Доказано, что структура заболеваемости
зависит от качественного состава
выбросов и вида промышленности, загрязняющей
воздух. Степень вредного воздействия
загрязнений зависит от их химического
состава, концентрации в воздухе, воде,
пище, продолжительности действия,
степени аккумуляции их органами
человека. Наибольшую опасность представляют
вещества, оказывающие влияние на
органы человека и кровь. Химические
соединения и синтетические вещества
вызывают отравления. До концентрации
С1 химические загрязнения не оказывают
влияния на здоровье человека. В диапазоне
концентраций С2--С3 загрязнения при попадании
в организм человека и длительном действии
могут вызывать хронические заболевания.
При концентрации выше С2 могут произойти
острые отравления, а более С3 -- наступить
смерть. Различные излучения отрицательно
действуют на сердечно-сосудистую и нервную
систему. Биологические загрязнения могут
привести к заболеванию брюшным тифом,
гепатитом, холерой, дизентерией и др.
Одно из главных направлений сокращения
воздействия загрязнений на человека
и живые организмы -- недопущение их поступления
в воду, воздух, почву. Неблагоприятными
экологическими условиями объясняется
снижение качества нашей жизни и, в частности,
ее.
почва биосфера
загрязнение человек
5. Плодородие
земли и почвы
Одна из глобальных
экологических проблем -- резкий рост
населения на планете. Причем на каждого
сытого человека приходится другой, которому
едва удается себя прокормить, и
третий, который недоедает изо
дня в день. А ведь каждый час
население увеличивается более
чем на 7500 человек. Главным средством
сельскохозяйственного производства
является земля -- важнейшая часть
окружающей среды, характеризующаяся
пространством, рельефом, климатом, почвенным
покровом, растительностью, водами.
Современный
земельный фонд во всем мире характеризуется
следующими данными (%): пахотные земли--
10, луга и пастбища -- 20, леса -- 30, прочие
земли, включая ледники, пустыни, тундры
и т.п., -- 40. Рост населения на земле
диктует необходимость увеличения
пахотных земель и их плодородия для
получения продуктов питания, но
на практике получается обратное. За период
своего развития человечество потеряло
из-за водной, ветровой эрозии и других
разрушительных процессов почти 2 млрд.
га продуктивных земель. Это больше,
чем в настоящее время находится
под пашнями и пастбищами. Темпы
современного опустынивания, по данным
ООН, составляют около 6 млн. га в год.
Если такой процесс не остановить,
то к концу тысячелетия планета
утратит до трети земель, которыми
люди располагали в 70- х годах. Потери
не обходят стороной и Россию. Только
в результате водохозяйственных
мероприятий за последние 25 лет потеряно
примерно 2% пахотных земель и пастбищ,
а около 6% их находится в критическом
состоянии.
Разработанная
в 50--60-х годах концепция затопления
земель при строительстве гидростанций
привела к потере около 12 млн. га
лучших пахотных земель и лугов. Одним
из главных компонентов земли, обусловливающих
ее плодородие, являются почвы. Под
почвой понимается естественно-. Историческое
органоминеральное природное тело,
возникшее на поверхности земли
в результате длительного воздействия
биотических, абиотических и антропогенных
факторов и имеющее специфические генетико-морфологические
свойства и признаки, создающие условия
для роста и развития растений. Почва формируется
в естественных условиях со скоростью
0,4 см в год, или 12,5 т/га в год. Почва состоит
из минеральных, органических, органоминеральных
соединений, воды, воздуха, солей и гумуса
(перегноя) -- основы плодородия почв. В
черноземе содержание гумуса составляет
4--9%, в других почвах 1--4%.
Количество
и качество гумуса оказывают влияние
на водный, воздушный, тепловой режим
почв, их физические и физико-химические
свойства. В последнее время на
больших площадях из-за уменьшения
содержания гумуса снижается продуктивность
почв. Только за последние 20 лет его
запасы сократились на 25--30%, а ежегодные
потери в целом по Российской Федерации
составляют примерно 82 млн. т. По данным
агрохимического обследования, в
России 16,5 млн. га пашни характеризуются
очень низким содержанием гумуса,
21 млн. га -- низким. Гумусированность черноземов
центральных черноземных областей
за последние 100 лет снизилась почти
вдвое -- от 9--12% до 4--9% и ниже. Ежегодные
потери гумуса в черноземах составляют
в среднем 0,5--1,0 т/га. Плодородие почв
сохраняется благодаря поддержанию
определенных свойств, которые подразделяются
на следующие группы: аэрофизические
и технологические (влажность, пористость,
водопроницаемость, плотность); физико-химические
(водородный показатель -- рН, солоноватость,
насыщенность основаниями, состав катионов);
агрохимические и химические (процент
гумуса, азота, фосфора, калия, карбонатов);
растительные; санитарные.
6. Загрязнение
земель и почв
В результате
антропогенного воздействия земли
и почвы загрязняются, что приводит
к снижению их плодородия, а в
некоторых случаях к выводу их
из сферы землепользования. Под загрязнением
понимается насыщение поверхностных
слоев земли физическими, химическими
и биологическими компонентами, которые
отрицательно влияют на окружающую природную
среду и плодородие почв. Источниками
загрязнения земли служат промышленность,
транспорт, энергетика, химические удобрения,
хозяйственно-бытовые отходы и другие
виды деятельности людей. Загрязнение
земель происходит через сточные
воды, воздух, в результате непосредственного
воздействия физических, химических,
биологических факторов, вывозимых
и сбрасываемых на земли отходов
производства. Виды антропогенных воздействий
на почву, приводящих к изменению
ее плодородия
Вид
воздействия
Основные
изменения в почвах
Ежегодная
вспашка
Усиление
взаимодействия с атмосферой, ветровая
и водная эрозия, изменение численности
почвенных организмов
Сенокошение,
уборка урожая
Уменьшение
некоторых химических элементов, усиление
испарения
Выпас
скота
Уплотнение
почвы, уничтожение скрепляющей
почву растительности, возникновение
эрозии, обеднение почвы рядом
химических элементов, иссушение, удобрение
навозом, биологическое загрязнение
(разложение трупов)
Выжигание
старой травы (сорняков)
Гибель
почвенных организмов в поверхностных
слоях, усиление испарения
Орошение
При
неправильном поливе происходит заболачивание
и засоление почв
Применение
ядохимикатов и гербицидов
Гибель
ряда почвенных организмов, изменение
почвообразовательного процесса, накопление
некоторых опасных для живых
организмов ядов (от отравления пестицидами
в мире ежегодно погибает 14 тыс. человек,
а у 700 тыс. человек ухудшается здоровье)
Анализ данных
таблицы показывает, что каждое искусственное
вмешательство в естественные процессы
почвообразования приводит к изменениям,
которые могут иметь положительный
и отрицательный эффект. Уровень
загрязнения почвы классифицируется
на фоновый, локальный, региональный, глобальный.
Фоновым принято считать содержание
загрязняющих веществ в почве, соответствующее
или близкое к ее природному составу.
Локальным считается загрязнение
почвы вблизи одного или нескольких
источников загрязнений. Региональное
загрязнение возникает вследствие
переноса загрязняющих веществ на расстояние
не более 40 км от техногенных и более
10 км от сельскохозяйственных источников
загрязнения. Глобальное загрязнение
почвы создается вследствие дальнего
переноса загрязняющего вещества на
расстояние более 1000 км от любых источников
загрязнения. Наибольшую опасность
для почв представляют химические загрязнения,
эрозия и засоление. По степени опасности
химические вещества подразделяются на
три класса: класс 1 -- вещества высокоопасные;
класс 2 -- вещества умеренно опасные; класс
3 -- вещества малоопасные. Класс опасности
устанавливается по показателям. Отнесение
веществ к классам опасности
проводится в соответствии с ГОСТ
17.4.1.02--83. Так, мышьяк, кадмий, ртуть, селен,
свинец, цинк, фтор, бензапирен относятся
к веществам класса 1; бор, кобальт,
никель, молибден, медь, сурьма, хром --
к классу 2; барий, ванадий, вольфрам, марганец,
стронций -- к классу 3. По степени загрязнения
почвы подразделяют на сильнозагрязненные,
среднезагрязненные, слабозагрязненные.
В сильнозагрязненных почвах количество
загрязняющих веществ в несколько раз
превышает ПДК. Они имеют низкую биологическую
продуктивность и существенное изменение
физико-химических, химических и биологических
характеристик, в результате чего содержание
химических веществ в выращиваемых культурах
превышает норму. По степени устойчивости
к химическим загрязнениям и характеру
ответной реакции почвы подразделяют
на очень устойчивые, среднеустойчивые,
малоустойчивые. Степень устойчивости
почв к химическим загрязнениям характеризуется
такими показателями, как гумусное состояние
почв, кислотно-основные свойства, окислительно-восстановительные
свойства, катионообменные свойства, биологическая
активность, уровень грунтовых вод, доля
веществ, находящихся в растворенном состоянии.
При оценке устойчивости почв к химическим
загрязнениям учитывают показатели, характеризующие
краткосрочные (2--5 лет) и долгосрочные
(5--10 лет) изменения почв и показатели ранней
диагностики развития изменений в почвах.
Краткосрочные изменения свойств почв
диагностируются по динамике влажности,
величине водородного показателя рН, составу
почвенных растворов, дыханию почв, содержанию
питательных веществ. Долгосрочные изменения
свойств почв диагностируются по содержанию
и запасу гумуса, отношению углерода гуминовых
кислот к углероду фульвокислот, по обеднению
почв из-за эрозии, общей щелочности, кислотности,
по содержанию солей.
7. Нормирование
загрязнений почв и их влияние на здоровье
людей
В минеральной
части почв присутствуют кремний, алюминий,
железо, медь, калий, кальций, марганец,
фосфор, сера и другие элементы (всего
более 47).
Как правило,
химические элементы в почве находятся
в окисленном состоянии или в
виде солей угольной, серной, фосфорной,
соляной и других кислот. Органическая
составляющая почв представляет собой
продукты распада животного и
растительного происхождения (гумус),
а также белки, углеводы, органические
кислоты, жиры, дубильные вещества и
др. В почвах находится большое
количество живых организмов, играющих
важную роль в процессе почвообразования.
Из почвы химические вещества в определенных
количествах переходят в растения,
а из растений с пищей попадают
в организм животных и человека.
Микроэлементы
играют важную роль в развитии растительного
и животного мира, в том числе
и человека. Недостаток и избыток
микроэлементов в почве приводят
к нарушению обменных процессов
не только у травоядных, но и у
плотоядных животных и в организме
человека. Заболевания, связанные с
недостатком или избытком микроэлементов,
называются эндемическими. Почвы способны
накапливать радиоактивные вещества,
которые поражают живые организмы,
а попадая с пищей в организм
животных и человека, приводят к
заболеваниям. Наиболее распространено
загрязнение почв канцерогенами
типа полициклических ароматических
углеводородов. Основные источники канцерогенных
загрязнений -- выхлопные газы двигателей
тепловозов, автомобилей, строительных
машин, самолетов, а также выбросы котельных
и промышленных предприятий. Загрязнение
почв канцерогенами отмечается на расстоянии
до 5 км от дорог и источников выбросов
утвержденные Минздравом СССР. При этом
под предельно допустимым количеством
загрязняющих почву веществ (ПДК) понимается
массовая доля загрязняющего почву химического
вещества (мгУкг), не вызывающая прямого
или косвенного влияния (включая отдаленные
последствия) на окружающую среду и здоровье
человека.
Одновременно
с нормированием химических веществ
в почве были разработаны теоретические
и методологические основы нормирования
количества пестицидов, тяжелых металлов,
нефтепродуктов, органических соединений
и микроэлементов.
8. Нарушение
и рекультивация земель
Нарушение земель
происходит при изыскательских работах,
добыче и переработке ископаемых,
при строительстве предприятий
и дорог. Оно вызывает изменение
почвенного покрова, гидрологического
режима, образование техногенного рельефа
и другие качественные изменения. Нарушенные
земли утрачивают свою первоначальную
ценность, отрицательно влияя на окружающую
среду. При различных земляных работах
верхние плодородные слои, содержащие
гумус, подлежат снятию и последующему
использованию на малопригодных
и рекультивируемых землях. Нарушенные
земли подлежат рекультивации, под
которой понимается комплекс работ,
направленных на восстановление их продуктивности
и народнохозяйственной ценности, а
также улучшение условий окружающей
среды в соответствии с интересами
общества. Рекультивация -- составная
часть технологических процессов
восстановления нарушенных земель. На
работы по рекультивации составляется
проект, при разработке которого учитывают
природные условия района, расположение
нарушенного участка, перспективы
развития района, состояние земель
на начало рекультивации, использование
рекультивированных земель, выбор смешиваемых
земель, силы, средства и время на
рекультивацию, сроки использования
рекультивированных земель, кроме того
предусматривается охрана окружающей
среды от пыли. Важнейшим этапом
рекультивации является землевание
-- комплекс работ по снятию, транспортировке
и нанесению плодородного слоя почвы
и потенциально-пригодных пород
на рекультивируемые участки земли.
Основная характеристика землевания --
величина наносимого на рекультивированную
землю плодородного слоя, который
определяется исходя из предназначения
участка, особенностей природной зоны,
экономических возможностей и др.
Землевание может быть сплошным и
выборочным, обычным и комбинированным.
Обычное землевание проводят в один
прием без перемешивания основных
и наносимых почв. Комбинированное
землевание осуществляют в два этапа:
нанесение плодородного слоя толщиной
10--15 см и перемешивание его с
улучшаемой почвой или породой; повторное
нанесение плодородного слоя почвы
до запроектированной нормы.