ПРОБЛЕМА ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ

История.

В противоположность распространенному мнению загрязнение представляет собой далеко не новую и не неожиданную, а одну из самых древних проблем. Она возникла с появлением первых поселений с их ручьями из сточных вод и различными отходами домашнего хозяйства на улицах. Можно не сомневаться, что начиная с этого момента загрязнения во все зремена были бичом городов. Так, во Франции эдикт Карла VI от 1382 г. запрещал выпускать в Париже дым «тошнотворный и плохо пахнущий, -. Но, как бы там ни было, до развития промышленной цивилизации загрязнения были сильно ограничены по своей природе и распространению.

Современная технология уделяет беспрецедентное внимание проблеме выбросов заводских и домовых труб, так же как очистке сточных вод и ликвидации городских отбросов. К этой старой проблеме загрязнения окружающей среды отходами человеческой деятельности добавились новые, связанные, например, с недавно родившейся органической химией синтеза и ядерной энергией.

Все проблемы сводятся к тому, что человек в процессе деятельности создает отходы, которые он и не уничтожает, и не умеет пустить в круговорот. В то время как население и загрязнение с течением времени непрерывно возрастают, естественная среда в отношении возможностей самоочищения проходит обратную эволюцию, приближаясь к состоянию насыщения, а не к полной нейтрализации.

Кроме того, в наши дни нужно считаться с новым сознанием потребителя в большинстве капиталистических государств, которое толкает выбрасывать вещи не только тогда, когда те выходят из строя, но и тогда, когда они становятся немодными. Западное общество, называемое потребительским, не только не затрудняет себя заботой о естественных ресурсах, но, более того, искусственно ускоряет их расходование. Благодаря усилиям рекламы, прибегающей к изощренным методам психологического воздействия на человека, ускоряется замена вещей, которые еще пригодны к использованию. Об этом весьма красноречиво пишет Лабейри (Labeyrie, 1972):

«Чтобы сломить сопротивление людей, не поддавшихся влиянию рекламы, и вынудить их расстаться с вещами, выходящими из моды,... из продажи изымаются запчасти к реализованным товарам и тем самым исключается возможность замены износившихся деталей, потребитель же вынужден покупать вновь всю вещь целиком. Благодаря этому национальный доход якобы возрастает. В действительности же это пустая трата энергии, рабочей силы и сырья, приближающая нас к моменту, когда недостаток природных ресурсов приведет нашу экономику в упадок».

Другие факторы, имеющие уже социологическую природу, усугубляют загрязнение и придают последнему мучительный для эколога размах. Ускоренная урбанизация промышленно развитых стран является наиболее важным среди этих факторов. Так, например, 40 лет назад около половины населения Западной Европы жило вне городов. С тех пор переселение в города возросло, население ряда столиц превысило 10 млн человек. В 1980 г. в районе Парижа будут жить 12 млн человек. К этому времени 80 % французов станут жителями больших городов. В наши дни на восточном побережье США уже существует гигантский супергород с населением 35 млн человек, объединяющий Нью-Йорк, Филадельфию и Вашингтон.

Концентрация людей и индустрии в одном месте увеличивает вред еще и потому, что зеленые насаждения, необходимые для очистки атмосферы, становятся объектом различных споров и беспрестанно сокращаются.

Наконец, современная технология благодаря автоматизации и другим достижениям в способах производства позволила резко увеличить производительность труда и потребление. Наша цивилизация не только накапливает огромные массы отходов, но еще и производит большое количество разнообразных, как минеральных, так и органических, веществ, не поддающихся биологическому разрушению (пластики, некоторые пестициды, керамика, нержавеющие металлы и радиоактивные вещества). Она нарушает один из основных механизмов, действующих в биосфере, — круговорот веществ между живыми организмами и неорганической средой.

В течение тысячелетий источники загрязнения среды были немногочисленными и не особенно значимыми. Они носили главным образом местный характер, и их воздействие сводилось к загрязнению вод суши и водоносного слоя почвы патогенными бактериями и способными к брожению веществами, содержащимися в сточных водах и отходах домашнего хозяйства.

Так продолжалось до конца XVIII в., в течение которого промышленное загрязнение оставалось незначительным, несмотря на развитие ремесел и торговли, появление крупных фабрик и заводов. Они занимали небольшие площади и располагались вблизи от мест добычи и переработки сырья, как правило, не содержащего железа (свинец, цинк, медь, ртуть). Однако ущерб, нанесенный окружающей среде даже этими первыми промышленными источниками загрязнения, не прошел незамеченным. В начале XVIII в. жители Суонси (Уэльс) уже наблюдали загрязнение земель заводами, которые перерабатывали медную и цинковую руду, в результате чего там постепенно исчезла вся растительность. То же самое произошло и в Сицилии, недалеко от Калькароны, где работали примитивные установки по очистке серы. Начиная с 1700 г. жители города Финале в Италии неоднократно обращались в суд с жалобами на фабрику по производству хлорида ртути, испарения которого отравили многих граждан.

Но в те давние времена это были лишь единичные случаи. Что же касается источников энергии, то они не вызывали загрязнений (водяные колеса, ветряные мельницы, тягловая сила). Единственно применявшееся тогда топливо — древесный уголь — давало дым малой вредности. Использование этого угля явилось основной причиной катастрофического исчезновения лесов в большинстве районов Западной Европы. Заметим, однако, что именно в XVIII в. впервые стали использовать каменный уголь после того, как исчезли леса Европы. В 1800 г. Лебон разработал способ получения газа путем пирогенизации угля.

В течение последнего столетия тяжелая индустрия все больше и больше прибегала к ископаемому топливу, сначала углю, потом нефти, для получения во все возрастающих количествах энергии, необходимой для работы заводов и новых видов транспорта. В 1900 г. уголь обеспечивал 90% энергетических нужд земного шара, а нефть — только 4%. С тех пор к этим источникам энергии присоединился природный газ.

Получение энергии — основная причина загрязнения среды

В 1968 г. в США на продукты нефтяной промышленности (минеральные масла, газ) приходилось 70% общего производства энергии. Энергетические потребности этой страны возросли за 100 лет в 70 раз.

Количество сырой нефти, импортируемой Францией, возросло с 5 млн т в 1939 г. до 100 млн т в 1970 г.

Мировое производство жидких углеводородов в 1971 г. превысило 2, 5 млрд т. Неудивительно, что при подобных темпах роста добычи проблема запасов сырья становится серьезной как для нефти, так и для природного газа.

Действительно, эти виды ископаемого топлива используются во всех сферах человеческой деятельности. Они широко применяются как в промышленности (заводы, электростанции), так и в быту (автомобили, домашнее хозяйство). II хотя иначе как растранжириванием невозобнов-ляемых естественных ресурсов это не назовешь, ископаемые углеводороды обычно сжигают для получения энергии. Так, во Франции 63 % импортируемой нефти идет в топки печей центрального отопления жилых домов и заводов. 24 % сжигается в двигателях внутреннего сгорания (автомобили, дизели, реакторы) и только 7 % используется в качестве первичного продукта в органической химии для синтеза различных веществ.

Представление о колоссальных размерах потребления энергии современным индустриальным обществом дает следующая цифра: общая масса ископаемого топлива, сожженного в 1959 г., эквивалентна 5 % общего количества солнечной энергии, поглощаемой ежегодно всеми первичными продуцентами экосферы и затем преобразуемой в органические соединения.

Ископаемые углеводороды стоят в первом ряду источников загрязнения, поскольку при их сгорании образуется большое количество отходов.

Новые аспекты проблемы производства энергии выявлены в последнее десятилетие и тревожат сегодня многих биологов. Они связаны со все возрастающим воздействием атомной промышленности на окружающую среду.

К очевидным опасностям, связанным с испытаниями и накоплением ядерного оружия, добавилась опасность более распространенного загрязнения замедленного действия, источниками которого служат различные производства радиоактивных веществ и атомные электростанции.

Несмотря на многочисленные успокаивающие заявления лиц, ответственных за развитие атомной энергетики, опасность все же существует. Пагубное влияние ионизирующей радиации (в частности, мутации) требует, чтобы порог допустимой концентрации — если он вообще существует — выбирался со всей тщательностью и ответственностью, а не пересматривался в сторону повышения, как это предлагают сделать некоторые лица.

Различие между химическим загрязнением и накоплением отходов

Со времени окончания второй мировой войны органическая химия предоставила в наше распоряжение великое множество новых веществ. Среди них пластмассы и моющие средства, которые внесли новые элементы комфорта в домашний быт.

В другой области, в агрономии, открытие синтетических пестицидов (истребителей насекомых, грибков и сорняков) позволило увеличить урожаи сельскохозяйственных культур и снизить затраты ручного труда. Однако определяющую роль в повышении продуктивности сельского хозяйства играет все возрастающее использование минеральных удобрений — соединений азота, фосфора и солей калия (мировое, без Китая, потребление удобрений, не превышавшее 7 млн т в 1945 г., перевалило за 53 млн т в 1968 г.).

К несчастью, большая помощь, оказанная сельскому хозяйству применением этих веществ, сопровождалась многочисленными вредными или нежелательными эффектами, обусловленными отравлением естественной среды этими соединениями.

В конце концов заметили, что отравляющие вещества, воздействие которых на биосферу наиболее опасно, являются продуктами технологии, не существовавшей до второй мировой войны и сильно развившейся с тех пор. Можно утверждать, что в промышленно развитых странах современный кризис окружающей среды вызван не увеличением плотности населения, иначе говоря, он возник не в результате роста численности населения, темпы которого сильно снизились с 1945 г. Ком-монер (Commoner, 1971) подчеркивает определяющую роль технического «прогресса» в загрязнении окружающей среды США начиная с 1946 г. Из приводимых им данных видно, что за прошедшее время население США увеличилось на 42%, национальный доход на душу населения — на 126 %, а загрязнение среды за тот же период выросло в 10 раз (согласно некоторым оценкам, даже в 20 раз! ).

В связи с этим интересно сравнить количества различных загрязняющих и отравляющих среду веществ.

В США количество загрязняющих среду отходов достигло катастрофических размеров: ежегодно выбрасывается 125 млн т твердых материалов промышленного происхождения. Среди них можно назвать 48 млрд пустых консервных банок, 26 млрд бутылок и бочек, 65 млрд металлических или пластиковых упаковок и т. д. Ежегодная стоимость операций по сбору отходов и их ликвидации составила 3 млрд долларов (1965 г.). В этой же стране каждый год в торговлю поступает 500 новых синтетических органических соединений без предварительного изучения компетентными экспертами их токсичных свойств.

Во Франции индустрия каждый год выбрасывает 2 млн т сернистого газа в атмосферу городов и 6 млн т твердых отходов в воды рек, которые медленно, но верно превращаются в сточные канавы под открытым небом. Автомобиль коренным образом изменил атмосферу городов. Выхлопной газ загрязняет воздух, которым мы дышим, многими токсичными веществами. Так, 75 % свинца, содержащегося в высокооктановом бензине, переходит в атмосферу. Таким образом, каждый автомобиль ежегодно выбрасывает в воздух 1 кг этого металла. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания выбрасывает 350 г других токсичных веществ, на каждый литр использованного топлива. Показатели дизельного двигателя отнюдь не лучше, несмотря на все уверения производителей автомашин. Так как большинство автомобилей сосредоточено в городах, можно понять главенствующую роль частных автомобилей в загрязнении воздушного бассейна городов.

Другим, не менее тревожным аспектом загрязнения биосферы является увеличение размеров областей, подвергающихся воздействию бесчисленных токсичных веществ антропогенного происхождения. Еще сравнительно недавно загрязненные зоны локализовались вокруг городов и индустриальных центров. Но начиная с 1945 г. загрязнение естественной среды отходами распространяется на все более обширные районы; можно утверждать, что сегодня угроза загрязнения приобрела глобальный масштаб.

В 50-х годах международная общественность забила тревогу по поводу радиоактивных осадков, содержавших ¹³¹I, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и другие изотопы, образовавшиеся при испытаниях ядерных устройств в северном полушарии. До последнего времени значительно меньше беспокойства вызывало загрязнение всей экосферы, включая Мировой океан, различными отходами и веществами, синтезированными современной химической промышленностью. Следует ли напоминать, что около 5 млн т нефти ежегодно попадает в море при авариях, а чаще всего выбрасывается сознательно (это соответствует нефти примерно 50 танкеров «Торри-Каньон»), что сегодня легко обнаружить куски пластика в центре Саргассова моря, в сотнях километров от ближайшего берега.

Очень вредные пластики, такие, как полихлорбифенил, постепенно отравляют атмосферу всей планеты; сегодня следы этого вещества находят в организмах животных, обитающих на крайнем севере Канады.

Подобная картина наблюдается и в отношении ряда пестицидов, таких, как ДДТ, молекулярная структура которых такова, что они устойчивы во всех экосистемах и скрытно отравляют все пищевые цепи. Следы этого инсектицида нашли в жире тюленя Уэдделла и у пингвинов Антарктиды.

Океан является последней зоной накопления всех токсичных отходов современной технологии и синтезированных веществ, зачастую обладающих злокачественными эффектами. Так, считают, что четверть всего количества ДДТ, изготовленного к сегодняшнему дню, находится в гидросфере. С поразительным упорством западные страны продолжают рассматривать морскую среду одновременно и как мусорную корзину, и как источник питания.

В докладе Массачусетсского технологического института (Man's impact on the global environment, MIT, 1970, p. 137) сообщается:

«Сокращение численности морских рыб и уровень накопления ДДТ в их тканях, неприемлемый для человека, могли быть вызваны лишь увеличением выброса этого вещества в окружающую среду. Определенный риск, который связан с употреблением ДДТ и который очень трудно оценить, заслуживает серьезного внимания. Мы совсем не знаем, какая часть ДДТ разлагается на безвредные составляющие в морской экосистеме. Для одних составляющих период полураспада составляет несколько лет, для других — десятилетия... Чем глубже изучаются эти вопросы, тем более неожиданными оказываются последствия. Если составить сводку экологических последствий, обнаруженных в последние годы, то можно сделать вывод, что опасности, связанные с новой технологией, всегда очень сильно недооценивались».

Действительно, проблема загрязнения исключительно многообразна. Конечно, можно предусмотреть на основе лабораторных опытов воздействие какого-либо определенного вещества на какой-то тип организмов, но в природе все далеко не так просто. Вещества, которые человек распространяет в экосфере, действуют на биоценоз в целом, а не на какой-то конкретный вид, к тому же эффект воздействия очень трудно предсказать заранее. Во многих случаях определенные условия среды в присутствии какого-то конкретного загрязнителя способствуют токсикации соединений, которые априори могли показаться неопасными. Примером может служить загрязнение океана хлорорганическими инсектицидами в присутствии нефти на его поверхности. То же самое относится и к минералам, например ртути: будучи мало токсичной в виде металла, она превращается бентическими бактериями з метил-ртуть с высокой токсичностью.

В заключение следует сказать, что основными биологическими последствиями загрязнений являются их экологические эффекты. Именно это мы и собираемся подробно осветить при последующем изложении.

Определение загрязнений

Часто употребляемый термин «загрязнение» хорошо отражает содержание понятия: это многочисленные воздействия, которые так или иначе разрушают естественную среду. Термин «загрязнение» означает без какой-либо двусмысленности воздействие всех токсичных веществ, которые человек выбрасывает в экосферу. Однако его употребление становится не столь очевидным, когда речь идет о малоопасных и безвредных для живых существ соединениях, влияющих на окружающую среду лишь в случае большой концентрации. Это, например, углекислый газ, концентрация которого в атмосфере увеличивается вследствие сжигания огромных масс ископаемого топлива.

Этимологически слово «загрязнять» означает осквернять, пачкать, марать, портить. Эти слова не заключают никакой двусмысленности, хотя и описывают явление весьма обще и в конечном счете кажутся нам адекватными длинным определениям экспертов. Приведем одно определение, которое опубликовано в 1965 г. в докладе официальной комиссии Белого дома. В докладе, названном «Чтобы восстановить качество окружающей среды», говорится:

«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 через сельскохозяйственные ресурсы, через воду или другие биологические продукты (вещества). Они также могут воздействовать на человека, ухудшая физические свойства предметов, находящихся в его собственности, условия отдыха на природе и обезображивая ее саму».

Здесь термин «загрязнение» используется в наиболее широком смысле, поскольку включает любое действие человека, разрушающее природу.

Классификация загрязнений

Дать классификацию загрязнений — дело нелегкое, так как существуют многочисленные критерии, по которым ее можно осуществить, но ни одна такая классификация не будет вполне удовлетворительной. Загрязняющие вещества можно сгруппировать по их природе — физической, химической, биологической и т. д.; можно с экологической точки зрения рассматривать среду, в которой они оказывают свое вредное воздействие..Можно рассматривать загрязнение с медицинской точки зрения и изучать среду обитания или способ поражения человеческого организма — через пищу, при кожных контактах, при дыхании...

На деле ни один из этих подходов не обеспечивает достаточно удовлетворительного результата, так как воздействия одного и того же вещества могут быть качественно различными. Ртуть, оказавшаяся в почве, затем попадает в атмосферу и воду, вместе с пищей она проникает в организм, при дыхании — в легкие и т. д.

Классификация основных типов загрязнений и вредных воздействий

1. Физические загрязнения

Радиоактивные элементы (излучение)

Нагрев (или тепловое загрязнение)

Шумы и низкочастотная вибрация (инфразвук)

2. Химические загрязнения

Атмосфера Гидросфера Почва

Газообразные производные углерода и жидкие + +

углеводороды

Моющие средства +

Пластмассы + + +

Пестициды и другие синтетические органические + + +

вещества

Производные серы + + +

Производные азота + + +

Тяжелые металлы + + +

Фтористые соединения + + +

Твердые примеси (аэрозоли) + +

Органические вещества, подверженные брожению + +

3. Биологические загрязнения

Микробиологическое отравление дыхательных и питательных путей (бактерии, вирусы) Изменение биоценозов из-за неумелого внедрения растительных или животных видов

4. Эстетический вред

Нарушение пейзажей и примечательных мест грубой урбанизацией или малопривлекательными постройками

Строительство индустриальных центров в девственных или мало затронутых человеком биотопах

Законы, принципы и правила функционирования системы " человек-природа"

Правило ускорения исторического развития: чем стремительнее под воздействием антропогенных причин изменяются среда обитания человека и условия ведения им хозяйства, тем скорее по принципу обратной связи происходит перемена в социально-экологических свойствах человека, экономическом и техническом развитии общества.

Правило демографического насыщения (отражение правила максимального воспроизводства): в глобальной или регионально изолированной совокупности количество народонаселения всегда соответствует максимальной возможности поддержания его жизнедеятельности, включая все аспекты сложившихся потребностей человека. (Более полно давление человека на среду отражено в правиле технико-социально-экономического насыщения.

Закон незаменимости биосферы (В.И.Вернадский, Д.П.Марш, Э.Реклю): " Нет никаких оснований для надежд на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды с той же степенью точности, что и естественные сообщества. Поэтому сокращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает устойчивости окружающую среду, которая не может быть восстановлена за счет создания очистных сооружений и перехода к безотходному производству."

Закон необратимости взаимодействия человек-биосфера: возобновимые природные ресурсы делаются невозобновимыми в случае глубокого изменения среды, значительной переэксплуатации, доходящей до поголовного уничтожения или крайнего истощения, а поэтому - превышения возможностей их восстановления. Правило исторического роста продукции за счет сукцессионного омоложения экосистем действовало до недавнего прошлого, - практически, до перехода сельскохозяйственного производства на индустриальные технологии. " Омоложение" достигло своего предела, энергозатраты возросли в 5-50 раз.

Закон убывающей отдачи А.Тюрго-Т.Мальтуса: повышение удельного вложения в агроэкосистему не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности.

Принцип естественности, или правило старого автомобиля: со временем эколого-социально-экономическая эффективность технических устройств, обеспечивающих " жесткое" управление природными системами и процессами, снижается, а экономические (материальные, трудовые, денежные) расходы на их поддержание возрастают.

Правило меры преобразования природных экосистем: в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство самоподдержания и обычно ограниченные заметным изменением природных систем трех сопряженных уровней иерархии.

Несколько законов, переложенных на обиходный, легко доступных для понимания, язык и потому не требующих расширенных комментариев, известны как Законы Б.Коммонера (1974):

1. Все связано со всем.

2. Все должно куда-то деваться.

3. Природа " знает лучше".

4. Ничто не дается даром.

Выводы из " правил":

Единица возобновимого ресурса может быть получена лишь в некоторый, определяемый скоростью функционирования системы отрезок времени. В течение этого отрезка времени нельзя переходить рубежи ограничений, диктуемых всеми теоремами экологии.

Перешагнуть через фазу последовательного развития природной системы с участием 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.

Преобразовательная деятельность не должна выводить природные системы из состояния равновесия путем избытка какого-то из средообразующих компонентов, то есть, если это необходимо, требуется достаточная компенсация в виде относительно непреобразованных природных систем (например - оптимальная лесистость).

Преобразование природы (если оно не восстановительное) дает локальный или региональный выигрыш за счет ухудшения каких-то показателей в смежных областях или в биосфере в целом.

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

Природные цепные реакции никогда не ограничиваются изменением вещества и энергии, но затрагивают динамические качества систем природы.

Вторичное постепенно сложившееся экологическое равновесие, как правило, устойчивее, чем первичное, но потенциальный " запас преобразований" при этом сокращается.

Несоответствие " целей" естественно-системной регуляции в природе и целей хозяйства может приводить к деструкции природного образования (то есть силы природы и хозяйственных преобразований при большей величине последних в ходе противоборства сначала " гасят" друг друга, а затем природная составляющая начинает разрушаться).

Технические системы воздействия в конечном итоге (в длительном интервале времени) всегда менее хозяйственно эффективны, чем направляемые естественные.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45