Типы экологических кризисов. Критерии выхода из экологических кризисов

смотреть на рефераты похожие на "Типы экологических кризисов. Критерии выхода из экологических кризисов"
МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ, КУЛЬТУРЫ И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ
КАЗАХСТАН
АГУ им. Абая
Кафедра: Философии
Реферат
На тему:
Типы экологических кризисов. Критерии выхода из экологических кризисов
Выполнила:
Студентка 2 МТР
Леонтьева И.
Проверил:
Аюпов Н.Г.
Алматы 2000 г.
Типы экологических кризисов. Критерии выхода из экологических кризисов
В последние годы мы часто слышим и употребляем слово «экология», но вряд ли можно считать, что все понимают под ним одно и то же. О том, какой смысл следует вкладывать в это понятие, спорят даже специалисты.
А пока они спорят, неспециалисты уже поняли, что такое экологический минимум: это значит — дышать чистым воздухом, пить чистую воду, есть пищу без нитратов и не светиться в темноте.
Термин «экология» (от греческих «ойкос» — дом, место обитания, и «логос» — наука) был придуман в 1866 году немецким зоологом Эрнстом Геккелем, который ввел его в обиход для обозначения «общей науки об отношениях организмов к окружающей среде», куда мы относим в широком смысле все «условия существования». Это понятие, первоначально довольно узкое, в дальнейшем расширялось, какое-то время и экология развивалась как одна из биологических наук, изучающая не отдельные организмы, а структуру и функционирование биологических систем — популяций, видов, сообществ — и их взаимодействий друг с другом и с окружающей средой. Такое или близкое определение экологии можно найти во многих современных энциклопедиях и справочниках,
Но сейчас понятие «экология» уже далеко вышло за рамки того, что вкладывалось в него Эрнстом Геккелем и что указывается в справочниках и энциклопедиях. Теперь это уже самостоятельная наука об окружающей среде (с точки зрения ее взаимодействий с живыми организмами и прежде всего с людьми). Ее питает не только и не столько биология, но и почти все науки о Земле — метеорология, гидрология, океанология, климатология, география, геология с необходимыми для них физико-математическими и химическими методами, а также социология, психология и экономика.
Сейчас эта наука, пожалуй, ближе не к биологии, а к географии, включая ее физическую и экономическую половины. Думается, что для географии, казалось бы, уже исчерпавшей свои прежние творческие задачи, переориентация на экологию открывает новые неограниченные перспективы.
Такого расширения содержания экологии и смещения в нем акцентов потребовал стремительный количественный рост человечества, которое начало осознавать опасности, угрожающие всей планете (ядерная катастрофа, возможный парниковый эффект и тому подобное), уже столкнулось в своей практике с ограниченностью природных ресурсов (в том числе энергетических) и воочию увидело губительные побочные воздействия неразумной хозяйственной деятельности на окружающую среду — экологические катастрофы, как Чернобыль и Арал. 8 связи с этим современная экология ставит во главу своих интересов взаимодействия человека с экологическими системами, всей окружающей средой.
Упомянув количественный рост человечества, мы, однако, надеемся, что имеющемуся сейчас и даже несколько большему количеству людей на Земле можно обеспечить экологический минимум. Но единственный путь к этому видится в том, чтобы решительно порвать с экстенсивной экономикой и перейти к интенсивной.
Экстенсивная экономика — это, во-первых, добыча и использование как можно большего количества природных ресурсов (включая энергию) и, во- вторых, попытки произвести как можно больше продуктов промышленности и сельского хозяйства. И то и другое природоразрушительно. Такая экономика ненаучна. Она бесперспективна.
Интенсивная экономика — это производство необходимого количества потребительских продуктов и товаров при как можно меньших затратах энергии и других ресурсов (и строгом соблюдении природоохранных норм очистки всех сбросов и утилизации отходов до перехода на замкнутые циклы, например, воздухо- и водопользования). Возможность такой экономики доказана многочисленными примерами энерго- и ресурсосберегающих безотходных технологий, используемых в развитых странах.
Хотя в последние годы мы начали осознавать единство и конечность биосферы и всей окружающей среды, ответственность человечества за свою собственную судьбу, судьбу биосферы, судьбу всей планеты, мы еще очень далеки от того состояния, которое В. И. Вернадский обозначил термином «ноосфера» (от греческого «ноос» — разум). Последнее подразумевает превращение человека из чужеродного элемента в природе в ее неотъемлемую, органично вписывающуюся в нее часть. Это будет достигнуто только тогда, когда новое мышление, в котором экологические проблемы должны иметь высший приоритет, станет внутренней потребностью всего человечества, от лиц, облеченных властью и распоряжающихся ресурсами, до всех граждан мира. Пока же в дополнение к естественно возрастающим экологическим проблемам люди продолжают создавать все новые трудности, которые неизбежно придется преодолевать, затрачивая большие усилия и средства.
Представляется, что все экологические проблемы можно отнести прежде всего к двум связанным друг с другом главным факторам: изменениям климата и загрязнению окружающей среды. Этим двум факторам и посвящена настоящая работа.
Хотя изменения климата, естественные или вызванные деятельностью человека (так называемые антропогенные), происходят сравнительно медленно, они охватывают огромные регионы и потому могут представлять серьезную проблему для человечества. При значительных изменениях климата произойдут смещения климатических зон, в результате чего людям придется целиком или частично перестраивать в этих зонах свою хозяйственную деятельность. Загрязнение окружающей среды также принимает глобальный характер, так как фактически оно не знает национальных границ. Нарастание загрязнения превращается в опасность для самого существования биосферы, и в том числе всего человечества.
1. Почему загрязнение нарастает?
Загрязнение окружающей среды — это поступление в нее вредных веществ (иногда говорят и о тепловом загрязнении), могущих нанести ущерб здоровью человека, неорганической природе, растительному и животному миру или стать помехой в той или иной человеческой деятельности. Конечно, загрязнения, вызванные деятельностью людей (их называют антропогенными), надо отличать от естественных загрязнений. Обычно, говоря о загрязнении, имеют в виду именно антропогенное загрязнение и оценивают его, сравнивая мощности естественных и антропогенных источников загрязнения.
Загрязнение окружающей среды имеет почти такую же долгую историю, что и история самого человечества. Долгое время первобытный человек мало чем отличался от других видов животных и в экологическом смысле находился в равновесии с окружающей средой. К тому же численность человечества была невелика. По оценкам исследователей, 100 тысяч лет назад на Земле было всего около миллиона человек. С течением времени в результате развития биологической организации людей, их умственных способностей, человеческий род выделился среди других видов. По словам французского эколога Ф. Рамада, «возник первый вид живых существ, воздействие которых на все живое представляет собой потенциальную угрозу равновесию в природе».
Хорошим показателем роста вмешательства человека в природные процессы, в естественный круговорот веществ может служить рост количества энергии, потребляемой человеком. За единицу количества энергии можно принять килокалорию: это приблизительно количество тепла, необходимое для нагревания килограмма воды на один градус Цельсия. На заре своего развития человек потреблял в виде пищи 2—4 тысячи килокалорий в сутки. После первых технических революций (овладение огнем, переход к оседлому образу жизни и сельскохозяйственному производству, приручение некоторых видов животных) добавилось примерно столько же используемой человеком тепловой и механической энергии. Считается, что 10 тысяч лет назад (в новом каменном веке) использовалось около 10 тысяч килокалорий на человека в сутки. В феодальном обществе, основанном на сельскохозяйственном производстве, эта величина выросла до 22—26 тысяч килокалорий в сутки — это еще не нарушало равновесия человека с природой, поскольку производство той поры неплохо вписывалось в природный круговорот веществ. Но дальше пошло хуже, и положение существенно изменилось с началом промышленной революции XVII— XVIII веков, когда производство и потребление энергии на каждого человека выросло до 70 тысяч килокалорий в сутки.
А сейчас в промышленно развитых странах (например, в США) потребляется уже до 200—250 тысяч килокалорий в сутки на каждого человека. По данным Мирового банка в промышленно развитых странах с рыночной и плановой экономикой за счет невозобновляемых топливных запасов (природный газ, нефть, уголь, ядерная энергия) было произведено и потреблено 139 тысяч килокалорий в сутки на душу населения. Правда, в других странах производится гораздо меньше энергии, и средняя цифра впятеро ниже — около 43,5 тысячи килокалорий в сутки на душу населения, то есть в 10—20 раз больше, чем потребляли первобытные люди. И по всем прогнозам производство и потребление энергии на каждого человека будут продолжать расти.
Численность человечества. А ведь надо еще учесть рост численности человечества. По оценкам историков, 10 тысяч лет назад, то есть в начале нового каменного века, численность населения Земли составляла 5 миллионов человек, ко времени образования Римской империи —150 миллионов человек, в 1650 году — 545 миллионов. В 1840 году она достигла 1 миллиарда человек, а далее стала увеличиваться особенно быстрыми темпами, достигнув 2 миллиардов в 1930 году, 3 миллиардов — в 1960 году, 4 миллиардов — в 1975 году, и в настоящее время на Земле насчитывается уже 6,5 миллиардов человек. Иначе говоря, чтобы достичь численности в 1 миллиард, человечеству понадобилось не менее полумиллиона лет, а затем приросты на миллиард человек происходили за 90, 30, 15 и 12 лет. Видно, что в последние десятилетия темп роста замедлился, но рост еще продолжается, и это создает серьезную глобальную проблему. Тот же Ф. Рамад считает, и не без оснований, что «демографический взрыв XX века по своим последствиям, возможно, превосходит такие научные открытия, как ядерная энергия и кибернетика».
Если учесть оба эти фактора — потребление энергии на душу населения и численность человечества, то окажется, что используемая человечеством энергия сейчас превышает энергию, которую использовало человечество в первобытную эпоху, в 5000 раз. Мощность источников используемой в настоящее время энергии составляет около 1,2 десятка миллиардов киловатт против 0,24 миллиона в новом каменном веке. Можно считать, что вмешательство человека в природные процессы за это время выросло не менее чем в 5000 раз, если это вмешательство вообще можно оценить.
Дело не только в том, что способность окружающей среды к самоочищению находится на пределе из-за больших количеств поступающих в среду отходов человеческой деятельности. Значительная часть этих отходов чужда природной среде. Они либо ядовиты для микроорганизмов, разрушающих сложные органические вещества и превращающих их в простые неорганические соединения, либо вообще не разрушаются и поэтому накапливаются в различных частях окружающей среды. Даже те вещества, которые привычны для окружающей среды, поступая в нее в слишком больших количествах, могут изменять ее качества и воздействовать на экологические системы.
2. Загрязнение атмосферы.
Наиболее распространенные загрязнители атмосферы поступают в нее в основном в двух видах: либо в виде взвешенных частиц (аэрозолей), либо в виде газов. По массе львиную долю — 80—90 процентов — всех выбросов в атмосферу из-за деятельности человека составляют газообразные выбросы. Среди них главное место занимают химические соединения углерода, серы и азота.
Углекислый газ. В первой части мы уже рассматривали углекислый газ (двуокись углерода). В результате сжигания топлива, а также производства цемента в атмосферу поступает огромное количество этого газа. Например, в 1984 году в атмосферу было выброшено 19,5 миллиарда тонн углекислого газа. Сам этот газ не ядовит (некоторые специалисты считают даже, что он необходим для дыхания). Он находит широкое применение в быту (газированная вода, «сухой лед» и т. п.). Его экологическая роль заключается во влиянии на климат через парниковый эффект.
Угарный газ. Сжигание топлива, которое создает большую часть газообразных, да и аэрозольных загрязнений атмосферы, служит источником другого углеродного соединения — угарного газа (окиси углерода). Он ядовит, причем его опасность усугубляется тем, что он не имеет ни цвета, ни запаха, и отравление им может произойти совершенно незаметно. Его ядовитые свойства объясняются тем, что он жадно поглощается гемоглобином крови и вместо кислорода переносится от легких к различным тканям, что ведет к кислородному голоду и гибели организма.
Выше говорилось, что очень малые концентрации составляющих смесей принято выражать через миллионные или миллиардные доли некоторого объема (реже — в долях массы) и обозначать чнм или чнб, что означает одну часть на миллион или на биллион (миллиард). Так вот, при концентрации угарного газа в 100 чнм возникает ощущение вялости, головная боль, головокружение, а концентрация в 1000 чнм (или 0.1 процента) быстро приводит к смерти человека. В естественных условиях концентрация этого газа в воздухе составляет 0,1—0,2 чнм (в Северном полушарии 0,2, в Южном — 0,06 чнм). В городах эта концентрация колеблется от 1 до 140 чнм (в среднем 20 чнм), в крупных городах на оживленных перекрестках в часы пик она нередко может превышать 100 чнм, а в лондонских транспортных туннелях отмечались концентрации до 295 чнм.
В настоящее время в результате деятельности человека в атмосферу поступает около 300 миллионов тонн угарного газа в год (в 1968 году в атмосферу его было выброшено 257 миллионов тонн). Причем 70—75 процентов выбросов создается сжиганием бензина в двигателях внутреннего сгорания, около 10 процентов сжиганием угля и дров, примерно столько же сжиганием бытовых отходов и около 5 процентов лесными пожарами. Некоторая часть угарного газа создается технологическими потерями в промышленности (например, металлургической, нефтеперерабатывающей, химической).
Немалое количество угарного газа поступает в атмосферу и из естественных источников. Точно определить это количество трудно, так что имеющиеся оценки существенно расходятся (от 90 до 30 процентов). Основные естественные источники — это прежде всего вулканы, а также разложение органического вещества в придонных илах стоячих водоемов, электрические разряды в атмосфере, биологические процессы в океане, естественные лесные пожары и, наконец, окисление так называемых терпенов — выделяемых растительностью (главным образом вечнозеленой тропической) летучих органических продуктов ее жизнедеятельности.
Болотный газ. Значительную долю атмосферного загрязнения составляют углеводороды — органические вещества, состоящие из углерода и водорода. Из естественных источников в атмосферу поступают прежде всего метан, простейших из углеводородов, состоящий из одного атома углерода, и четырех атомов водорода, и упоминавшиеся выше терпены. Основные источники метана — деятельность микроорганизмов при захоронении органического углерода без доступа воздуха, например, на дне болот (поэтому его иногда называют болотным газом), в насыщенных водой почвах, в пищеварительных органах жвачных животных. Некоторое количество метана (около 30 процентов) поступает из антропогенных источников, например. при добыче природного газа (в нем до 97 процентов метана), нефти, угля (известны многочисленные случаи накопления метана в угольных шахтах), а также при сжигании растительной массы (для обогрева или же при сельскохозяйственных работах). В последние десятилетия поступление метана в атмосферу росло со скоростью 1,1 процента в год и в настоящее время составляет, по недавним оценкам, около 400—-500 миллионов тонн в год. С такой же скоростью росло и его содержание в атмосфере, которое в средних широтах Северного полушария оценивается в 1,7 чнм. Для такого роста атмосферного содержания метана достаточно 11—12 процентов его нынешних источников, остальные 88—89 процентов удаляются из атмосферы (считается, что основным механизмом удаления метана является его окисление, а также его разложение почвенными микроорганизмами).
В последнее время роль различных источников метана изменилась. В 1940-х годах на первом месте стояли болота и заболоченные местности, а в 1980-х годах этот источник ослабел, и переместился на четвертое место, уступив место затопляемым полям для возделывания риса («чекам»), животноводству и сжиганию биомассы налицо влияние деятельности человека.
Терпены, непрерывно выделяемые в атмосферу деревьями и другими растениями, поступают в атмосферу приблизительно в таком же количестве, что и метан, то есть около 400 миллионов тонн в год (хотя некоторые оценки достигают 1000 миллионов тонн). Эти вещества очень активны, особенно в присутствии озона. Считается, что именно они создают атмосферную дымку, часто наблюдаемую на суше вдалеке от промышленных источников загрязнения. Многие читатели наверняка наблюдали голубоватую дымку и ощущали запах озона в утреннем, освещенном солнцем сосновом бору.
Углеводороды, поступающие в атмосферу в результате деятельности человека, составляют небольшую долю от углеводородов естественного происхождения, но загрязнение ими имеет весьма важное значение в густонаселенных районах. В 1970 году в США было выброшено в атмосферу около 35 миллионов тонн углеводородов (в течение нескольких предшествующих лет роста почти не происходило), а глобальный выброс в тот же период оценивается в 90 миллионов тонн в год. Их поступление в атмосферу может происходить на любой стадии производства, обработки, хранения, перевозки и использования веществ и материалов, содержащих углеводороды. Так, уже при добыче нефти происходит утечка попутного нефтяного газа, испарение легких фракций нефти, неполное сгорание в газовых факелах. Более половины углеводородов, производимых человеком, поступает в воздух в результате неполного сгорания бензина и дизельного топлива при эксплуатации автомобилей и других средств транспорта. Виной тому не только конструктивные недостатки двигателей, но и экологическая безграмотность многих автомобилистов, не утруждающих себя регулировкой двигателей. Особенно неприятны выбросы плохо отрегулированных дизельных двигателей; в них имеется большое количество сложных циклических и ароматических углеводородов, являющихся канцерогенными веществами.
Такие опасные для человека и животных вещества образуются при сжигании угля, нефти, бытового мусора и даже при изготовлении на открытом огне шашлыков и при курении. Немало углеводородов поступает в атмосферу от химических заводов, при испарении различных растворителей в быту, изготовлении и использовании синтетических красок, при разливах бензина на бензоколонках. При определенных условиях высокая концентрация углеводородов может привести к образованию так называемого фотохимического смога с ядовитыми веществами, вызывающими раздражение и заболевания дыхательных путей и глаз у людей и губящими растительность.
Сернистый газ. Загрязнение атмосферы соединениями серы имеет важные экологические последствия. В атмосферу поступают главным образом сернистый газ и сероводород. В последнее время начинают привлекать внимание и другие соединения серы, образующиеся в результате микробиологических процессов. Главные естественные источники сернистого газа — вулканическая деятельность, а также процессы окисления сероводорода и других соединений серы. По некоторым расчетам, вследствие вулканической деятельности в атмосферу ежегодно попадает около 4 миллионов тонн сернистого газа. Но гораздо больше — около 200— 215 миллионов тонн сернистого газа — образуется из сероводорода, который поступает в атмосферу при разложении органического вещества.
Промышленные источники сернистого газа по интенсивности давно превзошли вулканы и сейчас сравнялись с суммарной интенсивностью всех естественных источников. В природе нет ископаемого топлива, которое состояло бы из одних углеводородов. Всегда имеется примесь других элементов, и один из них — сера. Даже природный газ содержит по крайней мере следы серы. В сырой нефти, в зависимости от месторождения, содержится от 0,1 до 5,5 процента серы, а уголь содержит от 0,2 до 7 процентов серы. Поэтому сжигание топлива дает 80—90 процентов всего антропогенного сернистого газа, причем больше всего (70 процентов и более) дает сжигание угля. Остальные 10—20 процентов приходятся на выплавку цветных металлов и производство серной кислоты. Сырьем для получения меди, свинца и цинка служат главным образом руды, содержащие большое количество серы (до 45 процентов). Те же самые руды и другие богатые серой минералы служат сырьем для получения серной кислоты.
Сернистый газ очень ядовит, он представляет угрозу здоровью и даже жизни человека и животных, наносит ущерб растительности. В СССР для сернистого газа в атмосфере предельно допустимые концентрации (ПДК) для разового воздействия — 0,5 миллиграмма на кубометр, средняя за сутки — 0,05, что в перерасчете на объемные концентрации дает 0,17 и 0,017 чнм, соответственно,
Обычная концентрация сернистого газа в нижней части атмосферы равна 0,2 чнб. Однако его распределение по земному шару очень неравномерно. По измерениям на станциях наблюдения за фоном (мониторинга), расположенных в различных районах мира и находящихся в удалении от непосредственных антропогенных источников этого газа, концентрации различаются в десятки и сотни раз. Наибольшие концентрации наблюдаются в Северном полушарии, причем максимальных значений они достигают в восточных и центральных районах США, в Центральной Европе (10—14 микрограммов на кубометр, или 3,4—4,8 чнб). В районах, где крупных городов и промышленных центров меньше (запад США, Европейская территория СССР и др.), концентрация сернистого газа на порядок меньше (1—4 микрограмма на кубометр, или 0,34—1,37 чнб), а в некоторых более чистых районах, как Кавказ и озеро Байкал, меньше 0,1 микрограмма на кубометр, или 0,034 чнб. В Южном полушарии концентрация сернистого газа в 1,5—2 раза ниже, чем в Северном, над океаном существенно ниже, чем над континентом, причем над океаном концентрация увеличивается с высотой, тогда как над континентами она уменьшается, При концентрации 8—12 чнм сернистый газ сильно раздражает дыхательные пути и вызывает кашель, при 20 чнм он раздражает глаза. В присутствии других загрязнителей, например при наличии аэрозольных частиц, для такого же воздействия достаточно гораздо более низких концентраций сернистого газа. Это объясняется тем, что совместный эффект двух загрязнителей превосходит сумму воздействий каждого из загрязнителей, действующих порознь. Именно это произошло во время печально знаменитого сернистого смога 5—9 декабря 1952 года в Лондоне, когда погибли 4 тысячи человек и были зарегистрированы десятки тысяч заболеваний легких и верхних дыхательных путей. Рост ежедневной смертности стал заметен, когда содержание сернистого газа достигло 0,20 чнм, а содержание аэрозольных частиц составило 750 микрограммов на кубометр. В дальнейшем эти показатели, а также и смертность продолжали расти, причем смертность увеличилась на 20 процентов, когда содержание сернистого газа достигло 0,52 чнм, а аэрозолей — 2000 микрограммов на кубометр.
Лондон был, по-видимому, первым из крупных городов мира, которые столкнулись с проблемой загрязнения атмосферы сернистым газом. Известно, что еще в середине XIII века стали раздаваться протесты против использования угля для отопления, но несмотря на королевский запрет, изданный Эдуардом 1 в 1276 году, его потребление в каминах для отопления домов продолжало расти. К этому вскоре прибавилось использование угля в промышленности, и уже в XVIII веке содержание сернистого газа в воздухе над Лондоном часто в несколько раз превосходило современную предельно допустимую концентрацию. Сохранились свидетельства современников о том, что путники, приближавшиеся к Лондону, уже за несколько миль до города чувствовали резкий запах сернистого газа.
Лондонская трагедия 1952 года и аналогичные случаи «смогов-убийц» в других крупных городах (Нью-Йорк, Роттердам и многие другие) сыграли свою роль и во многих промышленно развитых странах побудили принять решительные меры по сокращению выбросов сернистого газа (да и других загрязнителей). По- видимому, это отразилось и на статистике глобальных антропогенных выбросов сернистого газа в атмосферу. После быстрого роста выбросов в 1950-х годах (ежегодный рост составлял 4,6 процента по сравнению с 1,2 процента в предыдущее десятилетие, включавшее годы второй мировой войны). Последовало уменьшение темпов роста вдвое (до 2,3 процента в год) в 1960-х годах и дальнейшее уменьшение (до 2 процентов) в 1970— 1980 годах (но это все еще был рост!).
Принятые меры не замедлили сказаться. После издания закона об охране воздуха Большого Лондона, замены традиционных угольных каминов бутафорскими (представьте себе, что означал для англичан отказ от традиции!), введения парового отопления и расширения использования электричества смоги, да и обычные туманы в английской столице стали гораздо более редкими гостями. Их воздействие теперь никак нельзя сравнивать с убийственным воздействием смогов 1950—1960-х годов.
В СССР в 1950—1960-х годах проблема загрязнения атмосферы сернистым газом стояла не так остро, как а промышленно развитых капиталистических странах. Однако и в нашей стране в те годы можно было заметить тенденцию к ухудшению обстановки. В застойный период в отсутствии широкой гласности возобладал ведомственный диктат, результатом которого стало развитие ради развития и полнейшее игнорирование провозглашаемых гуманистических принципов, таких, например, как «все на благо человека». Сейчас, с приходом гласности, вдруг стало ясно, что у нас не только неблагополучно с экологической обстановкой, но, по мнению многих авторитетных экологов, мы находимся на пороге национальной экологической катастрофы. На Съезде народных депутатов СССР впервые было сказано о наличии в нашей стране неблагополучных с точки зрения экологии городов. В 1988 году в их список вошли 104 города из 236 городов с населением свыше 100 тысяч человек. В этих городах в течение года хотя бы один раз содержание того или иного из загрязнителей было превышено десятикратно, более сложный индекс загрязнения, учитывающий не только содержание загрязнителей, но и их динамику, позволяет выделить 68 особенно неблагополучных городов с суммарным населением в 43 миллиона человек. В этих городах (например, в Нижнем Тагиле) так дальше жить уже невозможно.
В СССР выбрасывается в воздух ежегодно около 23 миллионов тонн сернистого газа, что составляет приблизительно десятую долю от глобального выброса этого газа и около четверти от всех выбросов вредных веществ в атмосферу в нашей стране.
Для растений сернистый газ ядовит при содержании 2—3 чнм (или 6—9 миллиграммов на кубометр), но хронические повреждения наступают уже при 0.03 чнм (0,09 миллиграмма на кубометр). При больших концентрациях сернистого газа происходит быстрое отмирание листьев и гибель всего растения. Хронические повреждения при длительном воздействии малых концентраций сернистого газа выражаются в накоплении вредных веществ в тканях растения, разрушении хлорофилла, снижении интенсивности фотосинтеза, нарушении роста, снижении урожая. Сернистый газ нарушает водный обмен у растений, вызывает опадание листьев, усыхание молодых побегов. Особенно чувствительны окисляется до серного ангидрида, который жадно соединяется с водой или слабыми водными растворами облачных или дождевых капель и образует сульфатные аэрозольные частицы. Их время пребывания в нижней атмосфере несколько больше, чем у сернистого газа.
Аммиак и окислы азота. Третий по массе и по значению вид газообразного загрязнения атмосферы образуют соединения азота — аммиак, закись азота, окись азота и двуокись, или перекись, азота. Два первых газа имеют в основном естественное происхождение, и мы не будем здесь на них останавливаться.
Главные азотсодержащие загрязнители атмосферы — окись и перекись азота. Оба газа ядовиты. Окись азота поступает в атмосферу в результате жизнедеятельности микроорганизмов и горения. Естественные источники дают около 450 миллионов тонн в год, антропогенные — вдесятеро меньше. Основным антропогенным источником является высокотемпературное сжигание ископаемого топлива, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания и дизелях. В атмосфере окись азота довольно быстро окисляется в двуокись, которая также образуется при горении. Некоторая доля двуокиси образуется при вулканической деятельности и электрических разрядах в верхних слоях атмосферы.
Средняя концентрация окиси азота достигает 2 чнб (3 микрограмма на кубометр), двуокиси азота — 4 чнб (6 микрограммов на кубометр). В крупных промышленных центрах их концентрация увеличивается в 10—100 раз. Так, например, в пяти крупных городах США, расположенных в промышленном поясе северо-востока и Среднего Запада, средняя годовая концентрация двуокиси азота составляла 30—50 чнб (60—100 микрограммов на кубометр), а среднегодовое значение максимумов — 140—260 чнб (290—530 микрограммов на кубометр.
Окислы азота в атмосфере приводят к образованию коричневатого смога, чему, как правило, способствует присутствие Других загрязнителей — сернистого газа, углеводородов, а также местные метеорологические и топографические условия. Такие смоги наносят ущерб здоровью людей, в частности вызывают раздражение глаз и губят городскую растительность.
Окислы азота в облаках и туманах соединяются с водой, образуя капельки разбавленной азотной кислоты или ее солей. Часть из них превращается в твердые аэрозольные частицы, которые осаждаются на поверхности почвы и воды, другая вымывается из атмосферы дождями, так что кислые дожди бывают как сернокислыми, так и азотнокислыми.
Почти 90 процентов окислов азота, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека, образуется в результате сгорания топлива в автомобильных двигателях (более 50 процентов) или в топках теплоцентралей и тепловых электростанций. Большой вклад вносит также сжигание твердых отходов — бытовых, промышленных и сельскохозяйственных, лесные пожары. Источником окислов азота служат также ряд отраслей промышленности, в их числе производство азотной кислоты, минеральных удобрений, искусственных волокон и т. д.
Аэрозоли. Количество аэрозольных частиц, поступающих в атмосферу из естественных источников, оценивается в 700—-2200 миллионов тонн в год, из искусственных источников пока что впятеро меньше — 185—415 миллионов тонн в год.
Процессы образования аэрозолей весьма разнообразны. Это прежде всего раздробление, размельчение и распыление твердых веществ. В природе такое происхождение имеет минеральная пыль, поднимаемая с поверхности пустынь во время пыльных бурь. В северной части тропической Атлантики, куда выносится сахарская пыль пассатными ветрами, атмосфера бывает настолько замутненной, что солнце при восходе или закате оказывается невидимым довольно высоко над горизонтом. Этот источник атмосферных аэрозолей имеет глобальное значение, так как пустыни занимают около трети поверхности суши, да еще имеется тенденция к увеличению их доли из-за неразумной деятельности человека. Минеральная пыль с поверхности пустынь переносится ветром на многие тысячи километров. Так, например, отмечалось выпадение больших количеств сахарской пыли в Англии, а также и на противоположной стороне Атлантического океана — на острове Барбадос.
Аналогично проявляется вулканический пепел, попадающий в атмосферу во время извержений вулканов. Хотя крупные извержения происходят сравнительно редко и нерегулярно, вследствие чего этот источник аэрозоля по массе значительно уступает пыльным бурям, его значение весьма велико, так как этот аэрозоль забрасывается в верхние слои атмосферы — в стратосферу. Оставаясь там в течение нескольких лет, он отражает или поглощает часть солнечной энергии, которая могла бы в его отсутствие достичь поверхности Земли.
Источниками аэрозолей являются также технологические процессы хозяйственной деятельности людей. Мощный источник минеральной пыли — промышленность строительных материалов. Добыча и дробление пород в карьерах, их транспортировка, производство цемента, само строительство — все это загрязняет атмосферу минеральными частицами. Например, для получения тонны цемента требуется тонко размолоть около 3 тонн исходной породы, а ведь в мире производится не менее полумиллиарда тонн цемента! В 1983 году только социалистические страны и 6 главных капиталистических стран произвели 460 миллионов тонн цемента. Одна только цементная промышленность производит ежегодно около 7 миллионов тонн аэрозолей. Мощный источник твердых аэрозолей — горнодобывающая промышленность, в особенности при добыче угля и руд в открытых карьерах. В них на больших площадях снимается верхний почвенный слой вместе с растительностью, и обнажившиеся породы становятся беззащитными перед термическим и ветровым разрушением. Сама добыча, которая состоит, собственно, в погрузке угля или руды экскаваторами на железнодорожные платформы, является источником огромных количеств пыли, загрязняющей воздух и местность на многие километры вокруг. Этот способ добычи угля или руды кажется наиболее дешевым, но при оценке его рентабельности не учитывается деградация окружающей среды. Но и добыча в шахтах и рудниках — также источник аэрозолей, поскольку около них образуются горы пустой породы (терриконы), разрушаемые ветром и водой. Много аэрозолей вносят в атмосферу черная металлургия с ее огромными объемами руды и кокса, цветная металлургия с обогатительными фабриками, производство и применение минеральных удобрений и пестицидов и так далее.
Аэрозоли попадают в атмосферу при разбрызгивании растворов. Естественный источник таких аэрозолей — океан, поставляющий хлоридные и сульфатные аэрозоли, образующиеся в результате испарения морских брызг, в количестве около миллиарда тонн в год, то есть около 40 процентов всего аэрозоля, поступающего в атмосферу. Впрочем, вклад от человеческой деятельности здесь невелик.
Еще один мощный механизм образования аэрозолей — это конденсация веществ во время горения или неполное сгорание из-за недостатка кислорода или низкой температуры горения. Так, например, образуются частицы сажи при сжигании угля и других топлив. В природе главный источник таких аэрозолей — это лесные пожары, люди же добавляют аэрозоли при сжигании угля, нефти, древесины, отходов; аэрозоли поставляют дым металлургических заводов и т. п. В сумме это дает 2—3 процента от общего поступления аэрозолей в атмосферу. При горении образуются также газы — сернистый, окислы азота, выброс которых, как говорилось выше, приводит к возникновению сульфатных и нитратных аэрозолей. Этот вторичный источник аэрозолей вместе с аэрозолями, образующимися из терпенов, углеводородов и т.п., дает около 8 процентов общего поступления в атмосферу.
Аэрозоли удаляются из атмосферы тремя путями: сухим осаждением под действием тяжести (главный путь для крупных частиц), осаждением на препятствиях и вымыванием осадками.
Все сказанное выше приводит к тому, что размеры, состав, химические и физические свойства аэрозолей весьма разнообразны. Например, их размеры (радиусы) варьируют в основном в миллион раз — от тысячных долей до тысяч микрон (т. е. миллионных долей метра).
Аэрозольное загрязнение. Аэрозоли, во-первых, воздействуют на погоду и климат: оптически активные частицы с радиусами от 10-1 до 101 микронов вносят основной вклад в замутненность атмосферы; частицы с радиусами от 10-2 до 102 микронов служат ядрами конденсации влаги и способствуют образованию облаков и туманов, дождя и снега. портят здоровье людей. В течение суток через легкие человека проходит 12—14 кубометров воздуха. Концентрация аэрозоля в чистом воздухе составляет 10—12 микрограммов на кубометр, в промышленных городах вдесятеро, а иногда и в несколько десятков раз больше. Даже если учесть, что крупные частицы задерживаются в носовой полости, а очень мелкие возвращаются с выдыхаемым воздухом, то и тогда в легких жителя промышленного центра ежесуточно может оседать 1 миллиграмм аэрозолей. Химически неактивные аэрозоли накапливаются в легких и ведут к их повреждениям. Обычный кварцевый песок и другие силикаты — слюды, глины, асбест, тальк и др., накапливаясь в легких, могут приводить к таким заболеваниям, как силикоз и даже рак легких. Частыми оказываются хронические бронхиты, эмфизема легких, астма и другие аллергические заболевания. Химически активные аэрозоли, а среди них немало ядовитых, наносят вред не только легким, но и проникают в кровь, приводя к заболеванию сердечнососудистой системы и печени.
Выше уже говорилось о действии кислых туманов, раздражающем слизистые оболочки, глаза и кожу. В некоторых случаях аэрозоль может оказывать на человека и психологическое действие: неприятные ощущения вызывают некоторые запахи, ухудшение видимости, загрязнение одежды смолистыми или сажистыми аэрозолями. Устранение ущерба, наносимого аэрозолями, иногда требует значительных затрат.
Тяжелые металлы. Промышленные дымы содержат не только сажу, но и множество других вредных веществ. Производство черных металлов сопровождается не только выбросами сернистого газа и окиси железа, но и таких ядовитых веществ, как сурьма, свинец, мышьяк, пары ртути. В еще больших количествах ядовитые тяжелые металлы поступают в атмосферу из предприятий цветной металлургии. Они составляют половину источников поступления в атмосферу меди и цинка. Сжигание топлива дает 85 процентов выбросов в атмосферу ванадия, 98 — кобальта, 80 — сурьмы, 77 — никеля, 50 процентов селена. С выхлопами автомобилей выбрасывается 250—300 тысяч тонн свинца, который с 1924 года используется в примеси к бензину (в виде тетраэтилсвинца) как антидетонатор. Уже в 1940 году его содержание в образцах материкового льда Гренландии превысило допустимую норму в 175 раз, а в 1966 году норма была превышена в 500 раз!
Больше всего это отношение у свинца: 17,5: его выбрасывается в атмосферу много больше Других металлов и в абсолютном выражении — около трети миллиона тонн в год. Затем идут четыре элемента, которые поступают в атмосферу из-за человеческой деятельности вдвое больше, чем от естественных источников: это кадмий, цинк, мышьяк и никель.
Радиоактивность. Что бы ни говорилось об якобы обеспеченной экологической чистоте ядерной энергетики, возможность загрязнения окружающей среды существует практически на всех этапах производства как ядерной энергии, так и ядерного оружия, причем сейчас мы говорим о контролируемых технологических процессах, хотя наибольший ущерб могут причинить аварии на предприятиях атомной промышленности. Правда, вероятность таких аварий, по расчетам специалистов, мала. Вероятность крупной аварии с повреждением противоаварийной оболочки реактора в 1975 году была оценена специалистами США как один раз за миллион лет. Однако последствия таких аварий могут быть настолько ужасными, что даже эта малая вероятность не может успокоить общественность всех стран. И это доказала самая большая за историю атомной энергетики катастрофа на Чернобыльской АЭС.
Естественная радиоактивность, интенсивность которой в специфических, выработанных физиками единицах, оценивается в 10—20 микрорентген в час, создается в атмосфере двумя источниками. Во-первых, это выделение радиоактивных газов из минералов земной коры. Таково происхождение газа радон-222, который имеет период полураспада в 3,8 суток, и совсем уже короткоживущего торона, он же радон-220: период его полураспада 54 секунды. Во-вторых, это воздействие космических лучей на атмосферные газы, приводящее к образованию радиоактивных изотопов — трития (водород-З), углерода-14, бериллия-7 и некоторых других.
Рентген (Р) — это количество рентгеновского, или гамма-излучения, которое путем ионизации создает в воздухе некоторый определенный электрический заряд (2,58-10-4 кулонов на килограмм). Употребляется также единица рад— это доза радиации, равная энергии 10 мДж, поглощенной килограммом облученного вещества. Используется и биологический эквивалент рентгена (бэр); он равен дозе ионизирующего излучения, дающей такой же биологический эффект, что и рентгеновское излучение в один рентген. Отношение между бэром и радом для рентгеновского и гамма-излучения и электронов равно единице, для медленных нейтронов — трем, для альфа-частиц, быстрых нейтронов и протонов—десяти, для осколков деления урана — двадцати. Это отношение характеризует относительную биологическую эффективность соответствующего вида излучения.
Уже при добыче сырья на урановых или ториевых шахтах, как и при добыче обычной руды, образуется много пыли, но эта пыль радиоактивна. Она и выделяющиеся радиоактивные газы могут оказаться в атмосфере при вентилировании шахт. На обогатительных фабриках урановая руда дробится и распыляется, и в воздух может попадать не только радиоактивная пыль, но и ядовитые вещества: ванадий, мышьяк, селен и др. Далее концентрат урановой руды растворяют, при этом в атмосферу могут выделяться радиоактивные пары, или обрабатывают фтором с образованием и возгонкой шестифтористого урана. В дальнейшем это радиоактивное и крайне ядовитое вещество прогоняется по длинным трубам с фильтрами (метод газовой диффузии) или центрифугируется для отделения ядерного топлива — урана-235. Естественно, что вероятность просачивания ядовитого и радиоактивного шестифтористого урана через многочисленные соединения труб при всем этом довольно велика. Изготовление топливных элементов для атомных электростанций, включающее механическую и тепловую обработку ядерного топлива, осуществляется в герметических помещениях с помощью дистанционно управляемых манипуляторов. Тем не менее вероятность попадания радиоактивности в окружающую среду имеется и здесь.
Вероятность радиоактивного загрязнения окружающей среды при нормальной работе атомных электростанций невелика, но аварии, как упоминалось выше, могут иметь катастрофические последствия. По данным международной организации (МАГАТЭ), за 15 лет с 1971 по 1985 год произошла 151 авария в 14 странах, то есть ежегодно происходило не менее 10 аварий. Крупных аварий за 30 лет насчитывается три. В 1957 году на АЭС в Уиндскейле (Великобритания) в результате ошибки обслуживающего персонала произошел выброс воздуха, содержащего радиоактивные изотопы йода, цезия и стронция. Активность выброшенных веществ составила около 21 000 Кюри. Произошло загрязнение местности. На территории в 500 квадратных километров в течение 3—6 недель была запрещена продажа молока, поскольку оно оказалось зараженным радиоактивным йодом. (Суммарная активность радиоактивного вещества измеряется числом распадов атомов в секунду. Единицей является беккерель (Бк), равный одному распаду в секунду. Применяется также старая единица — Кюри (Ки) (37 миллиардов Бк).
Самая крупная авария (активность выброса 50 миллионов Кюри) на Чернобыльской АЭС в 1986 году привела к гибели и потере здоровья многих людей, полностью выключила из хозяйственной деятельности, можно сказать, из жизни, огромную территорию, нанесла большой материальный урон. Дополнительные последствия, которые могут проявиться в будущем, сейчас еще невозможно оценить.
Использованное на атомных электростанциях топливо, в котором содержится большое количество различных радиоактивных веществ, может быть использовано повторно, если отделить от этих веществ оставшийся уран. Это делается на специальных заводах, где отработанное топливо подвергается механической и химической переработке. При этом в атмосферу могут выбрасываться радиоактивные газы: криптон-85 (период полураспада 10,6 года), йод-131 (8,1 суток), рутений-103 (40 суток) и рутений-106 (один год).
Нельзя сбрасывать со счетов радиоактивное загрязнение воздуха на заводах ядерного оружия, которые все еще продолжают производить свою смертоносную продукцию, а также при транспортировании сырья, готовых изделий или отходов и при подземных испытаниях ядерного оружия. Недавно стало известно о взрыве хранилища радиоактивных отходов на заводе под Челябинском, произошедшем в 1957 году. При аварии произошел выброс отходов с активностью около 2 миллионов Кюри, и хотя 90 процентов ее осталось в пределах завода, загрязненной (в основном изотопом стронций-90) оказалась территория размерами примерно 300х10 километров.
Естественная радиоактивность дает каждому человеку в течение жизни дозу в 5—10 бэр. Это облучение наряду с другими факторами ответственно за современный «нормальный» уровень мутаций и раковых заболеваний. Логично думать, что любое дополнительное облучение увеличит вероятность этих мутаций и заболеваний. Поэтому некоторые ученые справедливо считают, что (с точки зрения прежде всего генетических последствий) безопасного уровня радиации вообще не существует.
Загрязнение воздуха внутри помещений. Говоря о загрязнении атмосферы, нельзя не коснуться качества воздуха в жилых и иных помещениях. Исследования показывают, что и здесь есть основания для тревоги. Имеются данные, что в современных помещениях воздух может быть в 100 раз токсичнее, чем наружный воздух даже в насыщенных промышленными предприятиями городах. А ведь люди до 90 процентов своего времени, как правило, проводят в помещениях.
В воздухе замкнутых помещений может находиться, по существу, весь известный спектр загрязнителей, кроме, быть может, озона. Прежде всего следует сказать о радоне, выделяющемся из земных недр. На открытом воздухе он обычно не представляет какой-либо опасности. Однако при наличии самых незначительных трещин в фундаменте зданий в условиях плохой вентиляции его концентрация в воздухе помещений может достигать опасного уровня. Так, проведенное в США обследование показало, что примерно в 8 миллионах домов концентрация радона превышает безопасный уровень. В ряде случаев была зафиксирована концентрация, при которой рабочие урановых предприятий должны пользоваться респираторами. Источниками токсичных веществ в воздухе помещений могут быть некоторые строительные и отделочные материалы. Например, асбоцементные листы или выделяющие формальдегид декоративные панели), тепло- и электроизоляционные материалы (тот же асбест, поливинилхлорид, полихлорбифенилы и другие органические соединения), различные синтетические клеи и т. д. Другие источники — это всевозможные препараты, применяемые в быту (например, краски и растворители, пестициды, освежители воздуха). Наконец, нельзя не сказать о наружных загрязнителях, таких, как пыль, выхлопные газы, которые так или иначе проникают и задерживаются внутри помещений.
3. Загрязнение почвы.
Почти все загрязняющие вещества, которые первоначально попали в атмосферу, в конечном итоге оказываются на поверхности суши и воды. Оседающие аэрозоли могут содержать ядовитые тяжелые металлы — свинец, кадмий, ртуть, медь, ванадий, кобальт, никель. Обычно они малоподвижны и накапливаются в почве. Но в почву попадают с дождями также кислоты. Соединяясь с ними, металлы могут переходить в растворимые соединения, доступные растениям. В растворимые формы переходят также вещества, постоянно присутствующие в почвах, что иногда приводит к гибели растений. Примером может служить весьма распространенный в почвах алюминий, растворимые соединения которого поглощаются корнями деревьев. Алюминиевая болезнь, пря которой нарушается структура тканей растений, оказывается для деревьев смертельной.
С другой стороны, кислые дожди вымывают необходимые для растений питательные соли, содержащие азот, фосфор и калий, что снижает плодородие почв. Повышение кислотности почв из-за кислых дождей губит полезные почвенные микроорганизмы, нарушает все микробиологические процессы в почве, делает невозможным существование ряда растений и иногда оказывается благоприятным для развития сорняков.
Все это можно назвать непреднамеренным загрязнением почв.
Минеральные удобрения. Но можно говорить и о преднамеренном загрязнении почвы. Начнем с применения удобрений, вносимых в почву специально для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. С их помощью человечеству удалось добиться того. что, несмотря на быстрый рост населения планеты, производство зерновых — основы ресурсов продовольствия — росло еще быстрее. С 1950 по 1985 год мировое производство зерна росло ежегодно почти на 2,7 процента и увеличилось с 700 до более чем 1800 миллионов тонн. Хотя какая-то часть этого прироста обязана распашке новых земель, основной вклад внесли применение новых сортов семян и увеличение применения удобрений — за эти 35 лет более чем в 9 раз и ядохимикатов — в 32 раза. Увеличилось не только абсолютное количество используемых удобрений, но и их количество на единицу площади пашни. Так, если в 1964 году на 1 гектар посевной площади вносилось в среднем 29,3 килограмма удобрений, то в 1984 году эта величина достигла 85,3 килограмма. За то же время размер посевной площади на душу населения сократился с 0,44 до 0,31 гектара.
Ясно. что после снятия урожая почва нуждается в восстановлении плодородия. Но чрезмерное использование удобрений приносит вред. Оказалось, что при увеличении дозы удобрений урожайность сначала быстро растет, но затем прирост становится все меньше и наступает момент, когда дальнейшее увеличение дозы удобрений не дает никакого прироста урожайности, а в избыточной дозе минеральные вещества могут оказаться для растений токсичными. Этот так называемый закон предельной урожайности, как считает французский эколог Ф. Рамад, неизвестен большинству людей, занимающихся сельским хозяйством, а производители удобрений о нем умышленно умалчивают. Лишними оказываются питательные вещества не только сверх этой предельной дозы, но и значительная часть тех, которые вносятся сверх некоторой оптимальной дозы. Ведь тот факт, что прирост урожайности резко уменьшается, говорит о том, что растения не усваивают излишков питательных веществ. Приносит вред и несоблюдение правильного соотношения между азотными, фосфорными и калийными удобрениями. Например, оптимальная доза азотных удобрений не достигнет желаемого эффекта, и большое количество внесенного азота окажется лишним, если будет внесено фосфорных удобрений меньше, чем требуется.
Избыток удобрений выщелачивается и смывается с полей талыми и дождевыми водами (и оказывается в водоемах суши и в море). Излишние азотные удобрения, а они по массе преобладают по сравнению с калийными и фосфорными, в почве распадаются, и газообразный азот выделяется в атмосферу, а органическое вещество гумуса, составляющего основу плодородия почвы, разлагается на углекислый газ и воду. Поскольку органическое вещество не возвращается в почву, гумус истощается и почвы деградируют. Особенно сильно страдают крупные зерновые хозяйства, не имеющие отходов животноводства (например, на бывшей целине Казахстана, Предуралья и Западной Сибири).
Кроме нарушения структуры и обеднения почв, избыток нитратов и фосфатов приводит к серьезному ухудшению качества продуктов питания людей. Часть нитратов и фосфатов, особенно когда имеется их избыток, включается в ткани растений в виде свободных ионов нитратов и фосфатов. Некоторые растения (например, шпинат, салат) способны накапливать нитраты в больших количествах. Съев 250 граммов салата, выращенного на переудобренной грядке, можно получить дозу нитратов, эквивалентную 0,7 грамма аммиачной селитры. В кишечном тракте нитраты превращаются в ядовитые нитриты, которые в дальнейшем могут образовать нитрозамины — вещества, обладающие сильными канцерогенными свойствами. Кроме того, в крови нитриты окисляют гемоглобин и лишают его способности связывать кислород, необходимый для живой ткани. В результате возникает особый вид малокровия — метгемоглобинемия.
Ядохимикаты — инсектициды против вредных насекомых в сельском хозяйстве и в быту, пестициды против различных вредителей сельскохозяйственных растений, гербициды против сорняков, фунгициды против грибковых заболеваний растений, дефолианты для сбрасывания листьев у хлопка, зооциды против грызунов, нематоциды против глистов, лимациды против слизней стали широко применяться с конца второй мировой войны.
Все эти вещества ядовиты. Первыми появились инсектициды на основе хлорорганических соединений, главным представителем которых является ДДТ. Это очень устойчивые вещества, и поэтому они могут накапливаться в почве и сохраняться десятилетиями. По имеющимся оценкам, более половины всего произведенного ДДТ (в 1970—1982 годах в большинстве высокоразвитых стран было запрещено его применение) до сих пор циркулирует в природе. С учетом этих недостатков были разработаны довольно быстро разрушающиеся фосфорорганические и менее ядовитые для теплокровных животных карбаматные инсектициды. В состав фунгицидов входят соли меди, соединения серы и ртути, а гербицидов — соли меди, железа, органические соединения, содержащие хлор, фосфор, ртуть.
Использование ядохимикатов, несомненно, сыграло существенную роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур. Иногда ядохимикаты спасают до 20 процентов урожая. Но вскоре обнаружились и весьма отрицательные последствия применения ядохимикатов. Оказалось, что их действие значительно шире, чем их назначение. Инсектициды, например, действуют не только на насекомых, но и на теплокровных животных и на человека. Убивая вредных насекомых, они убивают и множество полезных насекомых, в том числе тех, которые являются естественными врагами вредителей. Систематическое применение пестицидов стало приводить не к искоренению вредителей, а к возникновению новых рас вредителей, не восприимчивых к действию данного пестицида. Уничтожение конкурентов или врагов того или иного из вредителей привело к появлению на полях новых вредителей. Пришлось повышать дозы пестицидов в 2—3 раза, а иногда в десять и более раз. На это же толкало и несовершенство технологии применения пестицидов. По некоторым оценкам, из-за этого в нашей стране до 90 процентов пестицидов тратится впустую и лишь загрязняет окружающую среду, нанося ущерб здоровью людей. Нередки случаи, когда из-за халатности химизаторов пестициды рассыпаются буквально на головы работающих в поле людей.
Некоторые растения (в частности, корнеплоды) и животные (например, обычные дождевые черви) накапливают в своих тканях пестициды в значительно больших концентрациях, чем почва. В результате пестициды попадают в пищевые цепи и достигают птиц, диких и домашних животных, человека. По оценкам 1983 года, в развивающихся странах от отравления пестицидами ежегодно заболевало 400 тысяч и умирало около 10 тысяч человек.
4. Загрязнение воды.
Потребности в воде. Каждому ясно, как велика роль воды в жизни нашей планеты и в особенности в существовании биосферы. Напомним, что ткани большинства растительных и животных организмов содержат от 50 до 90 процентов воды (исключение составляют мхи и лишайники, содержащие 5—7 процентов воды). Все живые организмы нуждаются в постоянном поступлении воды извне. Человек, ткани которого на 65 процентов состоят из воды, может прожить без питья всего лишь несколько суток (а без еды он может жить больше месяца). Биологическая потребность человека и животных в воде за год в 10 раз превышает их собственную массу. Еще более внушительны бытовые, промышленные и сельскохозяйственные нужды человека. Так, для производства тонны мыла требуется 2 тонны воды, сахара — 9, изделий из хлопка — 200, стали 250, азотных удобрений или синтетического волокна — 600, зерна — около 1000, бумаги — 1000, синтетического каучука — 2500 тонн воды.
В 1980 году человечеством было использовано для различных нужд 3494 кубокилометра воды (66 процентов в сельском хозяйстве, 24.6 — в промышленности, 5,4 — на бытовые нужды, 4 процента — испарение с поверхности искусственных водохранилищ). Это составляет 9—10 процентов от глобального речного стока. В процессе использования 64 процента изъятой воды испарилось, а 36 процентов были возвращены в природные водоемы.
В нашей стране в 1985 году для хозяйственных нужд было взято 327 кубокилометров чистой воды, а объем сброса составил 150 кубокилометров (в 1965 году он равнялся 35 кубокилометрам). В 1987 году в СССР было взято для всех нужд 339 кубокилометров пресной воды (из подземных источников около 10 процентов), то есть примерно 1200 тонн на душу населения. Из общего объема 38 процентов пошло на нужды промышленности, 53 — на нужды сельского хозяйства (включая орошение засушливых земель) и 9 процентов — на питье и хозяйственно-бытовые нужды. В 1988 году было взято уже около 355— 360 кубокилометров.
Загрязнение воды. Использованная человеком вода в конечном счете возвращается в природную среду. Но, кроме испарившейся, это уже не чистая вода, а бытовые, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды, обычно не очищенные или очищенные недостаточно. Таким образом, происходит загрязнение пресноводных водоемов — рек, озер, суши и прибрежных участков морей. У нас в стране из 150 кубокилометров сточных вод 40 кубокилометров сбрасывается без всякой очистки. Да и современные методы очистки вод, механической и биологической, далеки от совершенства. По свидетельству Института биологии внутренних вод СССР даже после биологической очистки в сточных водах остается 10 процентов органических и 60—90 процентов неорганических веществ, в том числе до 60 процентов азота. 70—фосфора, 80 — калия и почти 100 процентов солей ядовитых тяжелых металлов.
Биологическое загрязнение. Различают три вида загрязнения вод — биологическое, химическое и физическое. Биологическое загрязнение создается микроорганизмами, в том числе болезнетворными, а также органическими веществами, способными к брожению. Главными источниками биологического загрязнения вод суши и прибрежных вод морей являются бытовые стоки, которые содержат фекалии, пищевые отбросы; сточные воды предприятий пищевой промышленности (бойни и мясокомбинаты, молочные и сыровареные заводы, сахарные заводы и т. п.), целлюлозно-бумажной и химической промышленности, а в сельской местности — стоки крупных животноводческих комплексов. Биологическое загрязнение может стать причиной эпидемий холеры, брюшного тифа, паратифа и других кишечных инфекций и различных вирусных инфекций, например гепатита.
Степень биологического загрязнения характеризуется главным образом тремя показателями. Один из них — это количество кишечных палочек (так называемых лактозоположительных, или ЛКП) в литре воды. Оно характеризует загрязненность воды продуктами жизнедеятельности животных и указывает на возможность присутствия также болезнетворных бактерий и вирусов. По Государственному стандарту 1980 года, например, купание считается безопасным, если в воде содержится не более 1000 ЛКП на литр. Если в воде содержится от 5000 до 50 000 ЛКП на литр, то вода считается грязной, и при купании есть риск заразиться. Если же в литре воды содержится более 50 000 ЛКП, то купание недопустимо. Понятно, что после обеззараживания путем хлорирования или озонирования питьевая вода должна удовлетворять гораздо более жестким стандартам.
Для характеристики загрязненности органическими веществами служит другой показатель — биохимическое потребление кислорода (БКП). Он показывает, какое количество кислорода требуется микроорганизмам для переработки всего подверженного разложению органического вещества в неорганические соединения (в течение, скажем, пяти суток — тогда это БПК5. По принятым у нас в стране стандартам БПК5 у питьевой воды не должен превышать 3 миллиграммов кислорода на литр воды. Наконец, третий показатель — это содержание растворенного кислорода. Он обратно пропорционален ВПК. Питьевая вода должна содержать более 4 миллиграммов растворенного кислорода на литр.
Химическое загрязнение создается поступлением в воду различных ядовитых веществ. Основные источники химического загрязнения — это доменное и сталелитейное производство, предприятия цветной металлургии, горнодобывающая, химическая промышленность и в большой мере экстенсивное сельское хозяйство. Кроме прямых сбросов сточных вод в водоемы и поверхностного стока, надо учитывать также попадание загрязнителей на поверхность воды непосредственно из воздуха.
В табл. 3 приведены скорости загрязнения поверхностных вод ядовитыми тяжелыми металлами (по данным тех же авторов, что и сведения о загрязнении металлами воздуха и почвы). В эти данные входит 30 процентов массы металлов, поступающих в атмосферный воздух.
Как и в загрязнении атмосферы, в загрязнении поверхностных вод (и, несколько забегая вперед, вод океана) среди тяжелых металлов пальму первенства держит свинец: у него отношение искусственного источника к естественному превышает 17. У других тяжелых металлов — меди, цинка, хрома, никеля, кадмия искусственный источник поступления в природные воды также больше естественного, но не настолько, как у свинца. Большую опасность представляет загрязнение ртутью, попадающей в природные воды из воздуха, лесов и полей, обрабатываемых пестицидами, а иногда и в результате промышленных сбросов. Исключительно опасен сток вод из ртутных месторождений или рудников, где ртуть может переходить в растворимые соединения. Эта угроза делает крайне опасными проекты водохранилищ на алтайской реке Катунь.
В последние годы существенно увеличилось поступление в поверхностные воды суши нитратов из-за нерационального применения азотных удобрений, а также из-за увеличения выбросов в атмосферу с выхлопными газами автомобилей. Это же относится и к фосфатам, для которых, помимо удобрений, источником служит все более широкое применение различных моющих средств. Опасное химическое загрязнение создают углеводороды — нефть и продукты ее переработки, которые попадают в реки и озера как с промышленными сбросами, в особенности при добыче и транспортировке нефти, так и в результате смыва с почвы и выпадения из атмосферы.
Разбавление сточных вод. Чтобы сделать сточные воды более или менее пригодными для использования, их подвергают многократному разбавлению. Но правильнее было бы сказать, что при этом чистые природные воды, которые могли быть использованы для любых целей, в том числе для питья, становятся менее пригодными для этого, загрязненными. Так, если считать обязательным разбавление в 30 раз, то, например, для разбавления 20 кубокилометров сточных вод, сбрасываемых в Волгу, понадобилось бы 600 кубокилометров чистой воды, что более чем вдвое превышает годовой сток этой реки (250 кубокилометров). Для разбавления всех сбрасываемых в реки стоков в нашей стране потребовалось бы 4500 кубокилометров чистой воды, то есть почти весь речной сток в СССР, составляющий 4,7 тысячи кубокилометров. Это значит, что в нашей стране уже почти не осталось чистых поверхностных вод.
Разбавление сточных вод снижает качество воды в природных водоемах, но обычно не достигает своей главной цели — предотвращения вреда для здоровья людей. Дело в том, что вредные примеси, содержащиеся в воде в ничтожных концентрациях, накапливаются в некоторых организмах, употребляемых людьми в пищу. Сначала ядовитые вещества попадают в ткани мельчайших планктонных организмов, затем они накапливаются в организмах, которые в процессе дыхания и питания фильтруют большое количество воды (моллюски, губки и т. п.) и в конечном итоге как по пищевой цепи, так и в процессе дыхания концентрируются в тканях рыб. В результате концентрация ядов в тканях рыб может стать больше, чем в воде, в сотни и даже тысячи раз.
В 1956 году в Минамата (остров Кюсю, Япония) разразилась эпидемия неизвестной болезни с полным расстройством центральной нервной системы. У людей ухудшились зрение, слух, нарушалась речь, терялся разум, движения становились неуверенными, сопровождались дрожью. Болезнь Минамата охватила несколько сотен человек, в 43 случаях был зарегистрирован смертельный исход. Оказалось, что виновником был химический завод на берегу бухты. Тщательные исследования, которым администрация завода первоначально чинила всяческие препятствия, показали, что в его сточных водах содержатся соли ртути, которые используются при производстве ацетальдегида в качестве катализаторов. Соли ртути и сами ядовиты, а под действием специфических микроорганизмов в бухте они превращались в исключительно ядовитую метилртуть, которая концентрировалась в тканях рыб в 500 тысяч раз. Этой рыбой и отравлялись люди.
Разбавление промышленных стоков и тем более растворов удобрений и пестицидов с сельскохозяйственных полей происходит часто уже в самих природных водоемах. Если водоем непроточный или слабопроточный, то сброс в него органических веществ и удобрений ведет к переизбытку питательных веществ — эвтрофикации и зарастанию водоема. Сначала в таком водоеме накапливаются питательные вещества и бурно разрастаются водоросли, главным образом микроскопические синезеленые. После их отмирания биомасса опускается на дно, где происходит ее минерализация с потреблением большого количества кислорода. Условия в глубинном слое такого водоема становятся непригодными для жизни рыб и других организмов, нуждающихся в кислороде. Когда весь кислород исчерпан, начинается бескислородное брожение с выделением метана и сероводорода. Тогда происходит отравление всего водоема и гибель всех живых организмов (кроме некоторых бактерий). Такая незавидная судьба грозит не только озерам, в которые сбрасываются бытовые и промышленные стоки, но и некоторым замкнутым и полузамкнутым морям.
Ущерб водоемам, в особенности рекам, наносится не только увеличением объема сбрасываемых загрязнений, но и уменьшением способности водоемов к самоочищению. Яркий пример тому—нынешнее состояние Волги, которая представляет собой скорее каскад слабопроточных водохранилищ, чем реку в исконном смысле этого слова. Ущерб очевиден: это и ускорение загрязнения, и гибель водных организмов в местах водозабора, и нарушение привычных миграционных движений, и потеря ценных сельскохозяйственных угодий, и многое другое. А компенсируется ли этот ущерб производимой на гидроэлектростанциях энергией? Следует заново рассчитать все за и против с учетом современных экологических требований существования людей. И может оказаться, что целесообразнее разобрать некоторые плотины и ликвидировать водохранилища, чем из года в год терпеть убытки.
Физическое загрязнение вод создается сбросом в них тепла или радиоактивных веществ. Тепловое загрязнение связано главным образом с тем, что используемая для охлаждения на тепловых и атомных электростанциях вода (и соответственно около 1/3 и 1/2 вырабатываемой энергии) сбрасывается в тот же водоем. Вклад в тепловое загрязнение вносят также некоторые промышленные предприятия. С начала нынешнего столетия вода в Сене потеплела более чем на 5°, а многие реки Франции перестали замерзать зимой. На Москве-реке в пределах Москвы зимой теперь редко можно увидеть льдины, а недавно в местах впадения некоторых речек (например, Сетуни) и сбросов теплоэлектроцентралей наблюдались полыньи с зимующими на них утками. На некоторых реках промышленного востока США еще в конце 60-х годов вода нагревалась летом до 38? и даже до 48?.
При значительном тепловом загрязнении рыба задыхается и погибает, так как ее потребность в кислороде растет, а растворимость кислорода уменьшается. Количество кислорода в воде уменьшается еще и потому, что при тепловом загрязнении происходит бурное развитие одноклеточных водорослей: вода «зацветает» с последующим гниением отмирающей растительной массы. Кроме того, тепловое загрязнение существенно повышает ядовитость многих химических загрязнителей, в частности тяжелых металлов.
При нормальной работе ядерных реакторов в охлаждающее вещество, в качестве которого применяется главным образом вода, могут попасть нейтроны, под действием которых атомы этого вещества и примеси, прежде всего продукты коррозии, становятся радиоактивными. Кроме того, защитные циркониевые оболочки тепловыделяющих элементов могут иметь микротрещины, через которые в охлаждающую жидкость могут попадать продукты ядерных реакций. Хотя такие отходы слабоактивны, они все же могут повышать общий фон радиоактивности. При авариях отходы могут оказаться более активными. В природных водоемах радиоактивные вещества подвергаются физико-химическим превращениям — концентрации на взвешенных частицах (адсорбция, в том числе ионообменная), осаждению, осадкообразованию, переносу течениями, поглощению живыми организмами, накоплению в их тканях. В живых организмах накапливаются прежде всего радиоактивная ртуть, фосфор, кадмий, в грунте — ванадий, цезий, ниобий, цинк, в воде остаются сера, хром, йод.
Загрязнение океанов и морей происходит вследствие поступления загрязняющих веществ с речным стоком, их выпадения из атмосферы и, наконец, благодаря хозяйственной деятельности человека непосредственно на морях и океанах. По данным, относящимся к первой половине 1980-х годов, даже в таком море, как Северное, куда впадают Рейн, Эльба, собирающие стоки из обширной промышленной зоны Европы, количество свинца, приносимое реками, составляет лишь 31 процент от суммарного, тогда как на атмосферный источник приходится 58 процентов. остальное падает на промышленные и бытовые стоки из прибрежной зоны.
С речным стоком, объем которого составляет около 36—38 тысяч кубокилометров, в океаны и моря поступает огромное количество загрязнителей во взвешенном и растворенном виде. По некоторым оценкам, этим путем в океан ежегодно попадает более 320 миллионов тонн железа, до 200 тысяч тонн свинца, 110 миллионов тонн серы, до 20 тысяч тонн кадмия, от 5 до 8 тысяч тонн ртути, 6,5 миллиона тонн фосфора, сотни миллионов тонн органических загрязнителей. Особенно достается внутренним и полузамкнутым морям, у которых отношение площадей водосбора и самого моря больше, чем у всего Мирового океана (например, у Черного моря оно равно 4,4 против 0,4 у Мирового океана). По минимальным оценкам, со стоком Волги в Каспийское море поступает 367 тысяч тонн органики, 45 тысяч тонн азота, 20 тысяч тонн фосфора, 13 тысяч тонн нефтепродуктов. Отмечается высокое содержание хлорорганических пестицидов в тканях осетровых рыб и килек — главных объектов промысла. В Азовском море с 1983 по 1987 год содержание пестицидов выросло более чем в 5 раз. В Балтийском море за последние 40 лет содержание кадмия выросло на 2,4 процента, ртути — на 4, свинца — на 9 процентов.
Поступающие с речным стоком загрязнения распределяются неравномерно по акватории океана. Около 80—95 процентов взвешенного вещества и от 20 до 60 процентов растворенного вещества речного стока теряется в дельтах и эстуариях рек и не проникает в океан. Та часть загрязнений, которая все- таки прорывается через области «лавинного осаждения» в устьях рек, перемещается в основном вдоль берега, оставаясь в пределах шельфа. Поэтому роль речного стока в загрязнении открытого океана не столь велика, как это думали раньше.
Атмосферные источники загрязнения океана по некоторым видам загрязнителей сравнимы с речным стоком. Это касается, например, свинца, средняя концентрация которого в водах Северной Атлантики за сорок пять лет повысилась с 0,01 до 0,07 миллиграмма на литр и уменьшается с глубиной, прямо указывая на атмосферный источник. Ртути из атмосферы поступает почти столько же, сколько и с речным стоком. Половина пестицидов, содержащихся в океанских водах, также поступает из атмосферы. Несколько меньше, чем с речным стоком, из атмосферы в океан поступает кадмия, серы, углеводородов.
Нефтяное загрязнение. Особое место занимает загрязнение океана нефтью и нефтепродуктами. Естественное загрязнение происходит в результате просачивания нефти из нефтеносных слоев, главным образом, на шельфе. Например, в проливе Санта Барбара у побережья Калифорнии (США) таким путем поступает в среднем почти 3 тысячи тонн в год; это просачивание было обнаружено еще в 1793 году английским мореплавателем Джорджем Ванкувером. Всего в Мировой океан поступает из естественных источников от 0,2 до 2 миллионов тонн нефти в год. Если взять нижнюю оценку, которая представляется более надежной, то окажется, что искусственный источник, который оценивается в 5—10 миллионов тонн в год, превышает естественный в 25—50 раз.
Около половины искусственных источников создает деятельность людей непосредственно на морях и океанах. На втором месте находится речной сток (вместе с поверхностным стоком с прибрежной территории) и на третьем — атмосферный источник. Советские специалисты М. Нестерова, А. Симонов, И. Немировская дают следующее соотношение между этими источниками — 46:44:10.
Наибольший вклад в нефтяное загрязнение океана вносят морские перевозки нефти. Из 3 миллиардов тонн нефти, добываемых в настоящее время, морем перевозится около 2 миллиардов тонн. Даже при безаварийном транспорте происходят потери нефти при ее погрузке и разгрузке, сбрасывании в океан промывочных и балластных вод (которыми заполняют танки после выгрузки нефти), а также при сбросе так называемых льяльных вод, которые всегда скапливаются на полу машинных отделений любых судов. Хотя международные конвенции запрещают сброс загрязненных нефтью вод в особых районах океана (таковыми считаются, например, Средиземное, Черное, Балтийское, Красное моря, а также зона Персидского залива), в непосредственной близости от берега в любом районе океана, налагают ограничения на содержание нефти и нефтепродуктов в сбрасываемых водах, они все же не устраняют загрязнения; при погрузке и разгрузке разливы нефти происходят в результате ошибок персонала или из-за отказа оборудования.
Но наибольший ущерб окружающей среде и биосфере наносят внезапные разливы больших количеств нефти при авариях танкеров, хотя такие разливы и составляют только 5—6 процентов суммарного нефтяного загрязнения. Летопись этих аварий столь же длинна, как и история самих морских перевозок нефти. Считается, что первая такая авария произошла в пятницу 13 декабря 1907 года, когда семимачтовая парусная шхуна «Томас Лоусон» грузоподъемностью 1200 тонн с грузом керосина в штормовую погоду разбилась о скалы у островов Силли недалеко от юго-западной оконечности Великобритании. Причиной аварии была плохая погода, долгое время не позволявшая провести астрономическое определение местоположения судна, в результате чего оно отклонилось от курса, и жестокий шторм, сорвавший шхуну с якорей, бросил ее на скалы. В качестве курьеза отметим, что самая популярная книга писателя Томаса Лоусона, имя которого носила погибшая шхуна, называлась «Пятница, 13 число».
В ночь на 25 марта 1989 года американский танкер «Экссон Валдиэ», только что отошедший от нефтепроводного терминала в порту Валдиз (Аляска) с грузом 177 400 тонн сырой нефти, проходя проливом Принца Уильяма, напоролся на подводную скалу и сел на мель. Из восьми пробоин в его корпусе вылилось более 40 тысяч тонн нефти, уже через несколько часов образовавшей пятно площадью более 100 квадратных километров. В нефтяном озере барахтались тысячи птиц, всплывали тысячи рыб, гибли млекопитающие. В дальнейшем пятно, расширяясь, дрейфовало на юго-запад, загрязняя прилегающие берега. Был нанесен колоссальный ущерб флоре и фауне района, многие местные виды оказались под угрозой полного исчезновения. Через полгода нефтяная компания «Экссон», истратив 1400 миллионов долларов, прекратила работы по ликвидации последствий катастрофы, хотя до полного восстановления экологического здоровья района было еще очень далеко. Причиной аварии была безответственность капитана судна, который, находясь в нетрезвом состоянии, доверил управление танкером не имеющему на то право человеку. Неопытный третий помощник, испугавшись появившихся вблизи льдин, ошибочно изменил курс, в результате чего и произошла катастрофа.
В промежутке между этими двумя событиями погибло не менее тысячи нефтеналивных судов, и еще много больше было аварий, в которых удавалось сохранить судно. Количество аварий увеличивалось, и их последствия становились все более серьезными по мере увеличения объема морских перевозок нефти. В 1969 и 1970 годах, например, было по 700 аварий разного масштаба, в результате которых в море оказывалось более чем по 200 тысяч тонн нефти. Причины аварий самые различные: это и навигационные ошибки, и плохая погода, и технические неполадки, и безответственность персонала. Стремление удешевить перевозки нефти привело к тому, что появились супертанкеры водоизмещением более 200 тысяч тонн. В 1966 году было построено первое такое судно — японский танкер «Идемицу-мару» (206 тысяч тонн), затем появились танкеры еще большего водоизмещения: «Юни-верс- Айрлэнд» (326 тысяч тонн-дедвейт): «Ниссэки-мару» (372 тысячи тонн); «Глобтик Токио» и «Глобтик Лондон» (по 478 тысяч тонн); «Батиллус» (540 тысяч тонн): «Пьер Гийом» (550 тысяч тонн) и др. В расчете на тонну грузовместимости это действительно уменьшало расходы на постройку и эксплуатацию судна, так что стало выгоднее перевозить нефть из Персидского залива в Европу, огибая южную оконечность Африки, нежели обычными танкерами по кратчайшему пути — через Суэцкий канал (ранее такой маршрут из- за израильско-арабской войны был вынужденным). Однако в результате появилась еще одна причина нефтяных разливов: супертанкеры стали довольно часто разламываться на очень крупных океанских волнах, которые могут иметь длину, соизмеримую с длиной танкеров.
Корпус супертанкеров может не выдержать, если его средняя часть окажется на гребне такой волны, а нос и корма зависнут над подошвами. Такие аварии отмечались не только в области знаменитых «кей-проллеров» у Южной Африки, где волны, разгоняемые западными ветрами «ревущих сороковых», выходят на встречное течение Игольного мыса, но и в других районах океана.
Катастрофой века на сегодняшний день остается авария, произошедшая с супертанкером «Амоко Кадис», который в районе острова Уэссан (Бретань, Франция) потерял управление из-за неисправностей рулевого механизма (и время, ушедшее на торг со спасательным судном) и сел на скалы у этого острова. Это случилось 16 марта 1978 года. Из танков «Амоко Кадис» в море вылились все 223 тысячи тонн сырой нефти. Это создало тяжелую экологическую катастрофу в обширном районе моря, прилегающем к Бретани, и на большом протяжении его берега. Уже за первые две недели после катастрофы излившаяся нефть распространилась по огромной акватории, загрязненным оказалось побережье Франции на протяжении 300 километров. В пределах нескольких километров от места аварии (а оно произошло в 1,5 мили от берега) погибло все живое: птицы, рыбы, ракообразные, моллюски, другие организмы. По свидетельству ученых, никогда не приходилось видеть биологического ущерба на такой огромной площади ни в одном из предыдущих нефтяных загрязнений. По прошествии месяца после разлива 67 тысяч тонн нефти испарилось, 62 тысячи достигли берега, 30 тысяч тонн распределились в водной толще (из них 10 тысяч тонн разложились под воздействием микроорганизмов), 18 тысяч тонн были поглощены отложениями на мелководье и 46 тысяч тонн были собраны с берега и с поверхности воды механическим путем.
Основные физико-химические и биологические процессы, посредством которых происходит самоочищение океанских вод, — это растворение, биологическое разложение, эмульгирование, испарение, фотохимическое окисление, агломерация и осаждение. Но даже через три года после аварии танкера «Амоко Кадис» в донных осадках прибрежной зоны сохранялись нефтяные остатки. Через 5—7 лет после катастрофы содержание ароматических углеводородов в донных отложениях оставалось выше нормы в 100—200 раз. По мнению ученых, для восстановления полного экологического равновесия природной среды должны пройти многие годы.
Аварийные разливы происходят при добыче нефти на морском шельфе, в настоящее время составляющей около трети всей мировой добычи. В среднем такие аварии вносят сравнительно небольшой вклад в нефтяное загрязнение океана, но отдельные аварии имеют катастрофический характер. К ним можно отнести, например, аварию на буровой установке «Иксток-1» в Мексиканском заливе в июне 1979 года. Вырвавшийся из-под контроля нефтяной фонтан извергался более полугода. За это время в море оказалось почти 500 тысяч тонн нефти (по другим данным, почти миллион тонн). Время самоочищения и ущерб биосфере при разливах нефти тесно связаны с климатическими и погодными условиями, с господствующей циркуляцией вод. Несмотря на огромное количество излившейся во время аварии на платформе «Иксток-1» нефти, которая протянулась широкой полосой на тысячу километров от мексиканского берега до Техаса (США), лишь незначительная ее доля достигла прибрежной зоны. Кроме того, преобладание штормовой погоды способствовало быстрому разбавлению нефти. Поэтому этот разлив не имел столь заметных последствий, как катастрофа «Амоко Кадис». С другой стороны, если для восстановления экологического равновесия в зоне «ката строфы века» потребовалось не менее 10 лет, то> по прогнозам ученых, на самоочищение загрязненных вод во время аварии «Экс-сон Валдиз» в заливе Принца Уильяма (Аляска) уйдет от 5 до 15 лет, хотя количество разлившейся нефти там в 5 раз меньше. Дело в том, что низкие температуры воды замедляют испарение нефти с поверхности и существенно снижают активность нефтеокисляющих бактерий, которые в конечном счете уничтожают загрязнение нефтью. К тому же сильно изрезанные скалистые берега залива Принца Уильяма и островов, в нем расположенных, образуют многочисленные «карманы» нефти, которые будут служить долговременными источниками загрязнения, да и нефть там содержит большой процент тяжелой фракции, которая гораздо медленнее разлагается, чем легкая нефть.
Благодаря действию ветра и течений нефтяное загрязнение затронуло, по существу, весь Мировой океан. При этом степень загрязненности океана из года в год растет.
В открытом океане нефть встречается глазным образом в виде тонкой пленки (с минимальной толщиной до 0,15 микрометра) и смоляных комков, которые образуются из тяжелых фракций нефти. Если смоляные комки воздействуют прежде всего на растительные и животные морские организмы, то нефтяная пленка, кроме того, влияет на многие физические и химические процессы, происходящие на поверхности раздела океан — атмосфера и в слоях, прилегающих к нему. При росте загрязненности океана такое влияние может приобрести глобальный характер.
Прежде всего нефтяная пленка увеличивает долю отражаемой от поверхности океана солнечной энергии и уменьшает долю поглощаемой энергии. Тем самым нефтяная пленка оказывает влияние на процессы теплонакопления в океане. Несмотря на уменьшение количества поступающего тепла, поверхностная температура при наличии нефтяной пленки повышается тем больше, чем толще нефтяная пленка. Океан является главным поставщиком атмосферной влаги, от которого в значительной мере зависит степень увлажнения материков. Нефтяная пленка затрудняет испарения влаги, а при достаточно большой толщине (порядка 400 микрометров) может свести его практически к нулю. Сглаживая ветровое волнение и препятствуя образованию водяных брызг, которые, испаряясь, оставляют в атмосфере мельчайшие частички соли, нефтяная пленка изменяет солеобмен между океаном и атмосферой. Это также может повлиять на количество атмосферных осадков над океаном и материками, так как частички соли составляют значительную часть ядер конденсации, необходимых для образования дождя.
Опасные отходы. По данным Международной комиссии по окружающей среде и развитию ООН, количество опасных отходов, ежегодно создаваемых в мире, составляет более 300 миллионов тонн, причем 90 процентов из них приходится на промышленно развитые страны. Было время, и не столь уж далекое, когда опасные отходы с химических и других предприятий попадали на обычные городские свалки, сбрасывались в водоемы, захоронялись в земле без принятия каких-либо мер предосторожности. Однако вскоре то в одной, то в другой стране стали все чаще проявляться порой весьма трагические последствия легкомысленного обращения с опасными отходами. Широкое экологическое движение общественности в промышленно развитых странах вынудило правительства этих стран существенно ужесточить законодательство по захоронению опасных отходов.
В последние годы проблемы опасных отходов стали принимать поистине глобальный характер. Опасные отходы стали чаще пересекать государственные границы, иногда без ведома правительства или общественности страны- получателя опасного груза. Особенно страдают от такого вида торговли слаборазвитые страны. Некоторые получившие огласку вопиющие случаи буквально потрясли мировую общественность. 2 июня 1988 года в районе небольшого пор га Коко (Нигерия) было обнаружено около 4 тысяч тонн ядовитых отходов иностранного происхождения. Груз был ввезен из Италии пятью партиями с августа 1987 года по май 1988 года по поддельным документам. Правительство Нигерии арестовало виновных, а заодно подвернувшееся итальянское торговое судно «Пьяве», с тем чтобы отправить опасные отходы обратно в Италию. Нигерия отозвала своего посла из Италии и пригрозила передать дело в международный суд в Гааге. Обследование свалки показало, что в металлических бочках содержатся летучие растворители, и имеется риск пожара или взрыва с выделением исключительно ядовитого дыма. Около 4000 бочек были старые, ржавые, многие раздулись от жары, а в трех из них было обнаружено высокорадиоактивное вещество. При погрузке отходов для отправки в Италию на судно «Карин Б», ставшее печально знаменитым, пострадали грузчики и члены экипажа. Некото рые из них получили сильные химические ожоги, другие страдали рвотой с кровью, один человек был частично парализован. К середине августа свалка была очищена от заграничного «подарка».
В марте того же года в каменоломне на острове Касса напротив Конакри, столицы Гвинеи, было захоронено 15 000 тонн «сырого материала для кирпича» (так гласили документы). По тому же контракту вскоре должны были доставить еще 70 тысяч тонн такого же груза. Через 3 месяца газеты сообщили, что растительность на острове сохнет и погибает. Оказалось, что доставленный норвежской компанией груз представляет собой богатую ядовитыми тяжелыми металлами золу из печей по сжиганию бытового мусора из Филадельфии (США). Норвежский консул, который оказался директором норвежско-гвинейской компании — прямой виновницы случившегося, был арестован. Отходы были вывезены.
Даже полный список известных на сегодня случаев не будет исчерпывающим, так как, безусловно) не все случаи получают огласку. 22 марта 1989 года в Базеле (Швейцария) представители 105 государств подписали договор о контроле за экспортом ядовитых отходов, который вступит в силу после ратификации по крайней мере 20 странами. Гвоздем этого договора считается непременное условие: правительство принимающей страны должно заранее дать письменное разрешение на прием отходов. Договор, таким образом, исключает мошеннические сделки, но узаконивает сделки между правительствами. Экологическое движение «зеленых» осудило этот договор и требует полного запрещения экспорта опасных отходов. О действенности мероприятий, предпринимаемых «зелеными», свидетельствует судьба некоторых кораблей, неосмотрительно принявших на свой борт опасный груз. Не сразу смогли выгрузиться уже упомянутое «Карин Б» и «Дип Си Кэрриер», вывозившие опасный груз из Нигерии, долго скиталось по морям судно, вышедшее в августе 1986 года из Филадельфии с 10 тысячами тонн отходов, груз которого не приняли ни на Багамских островах, ни в Гондурасе, Гаити, Доминиканской Республике, Гвинее-Бисау. Более года путешествовал опасный груз с цианидом, пестицидами, диоксином и другими ядами, прежде чем он вернулся на борту сирийского судна «Занообия» в порт отправления Марина де Кар-рара (Италия).
Проблема опасных отходов должна решаться, безусловно, на пути создания безотходных технологий и разложения отходов на безвредные соединения, например с помощью высокотемпературного сжигания.
Радиоактивные отходы. Особое значение имеет проблема радиоактивных отходов. Их отличительная особенность — невозможность их уничтожения, необходимость на длительное время изолировать их от окружающей среды. Как говорилось выше, основная масса радиоактивных отходов образуется на заводах атомной промышленности. Эти отходы, в основном твердые и жидкие, представляют собой высокорадиоактивные смеси продуктов деления урана и трансурановых элементов (кроме плутония, который выделяется из отходов и используется в военной промышленности и для других целей). Радиоактивность смеси составляет в среднем 1,2-105 Кюри на килограмм, что приблизительно соответствует активности стронция-90 и цезия-137. В настоящее время в мире действуют около 400 ядерных реакторов АЭС мощностью порядка 275 гигаватт, Грубо можно считать, что на 1 гигаватт мощности ежегодно приходится порядка тонны радиоактивных отходов средней активностью 1,2-105 Кюри. Таким образом, по массе количество отходов сравнительно невелико, однако их суммарная активность быстро растет. Так, в 1970 году она составляла 5,55-10 20 Беккерелей, в 1980 году она учетверилась, а в 2000 году по прогнозу еще упятерится. Проблема захоронения таких отходов до сих пор не решена.
5. Грозит ли человечеству глобальная экологическая катастрофа?
Формально пока нельзя говорить, что мы переживаем глобальную экологическую катастрофу, поскольку на Земле еще имеются районы, где нет серьезных следов антропогенного загрязнения. Но таких районов становится все меньше, а некоторые виды загрязнений отмечаются даже в самых удаленных от их источников местах, например в Антарктиде. Но может быть и неправильно в данном случае подходить с такой меркой к понятию глобальной катастрофы? Надо учитывать, что более 40 процентов населения земного шара живет в городах (в развитых странах городское население превышает 70 процентов), да и сельское население проживает достаточно компактно, концентрируясь в местностях с наиболее благоприятными для сельскохозяйственной деятельности природными условиями. Во многих же городах и в сельских районах нынешнее состояние окружающей среды можно назвать экологическим бедствием. И количество этих городов и сельских районов все увеличивается. Так что фактически можно сказать, что мы находимся на пороге близкой глобальной катастрофы. И она неминуемо наступит, если человечество не будет во всей своей деятельности отдавать приоритет вопросам экологии, умножать усилия по сохранению и восстановлению природной среды.
Однако в действительности мы пока еще далеки от осознания этого. Прежде всего очевидно, что наши знания о причинах природных изменений окружающей среды, о связях, существующих между различными природными процессами, далеко не полны. Но это не было бы еще так страшно, если бы пробелы и неполнота этих знаний отчетливо осознавались. В действительности, если судить по некоторым грандиозным проектам «преобразования природы», такое осознание редко бывает реальностью. Иначе эти проекты подвергались бы более серьезным независимым экспертизам, гласным обсуждениям среди широкой общественности.
Но и научное самомнение, когда считают, что наших знаний по крайней мере достаточно, не главная причина того, что в нашей стране многие проекты оказываются несостоятельными. У нас достаточно компетентных ученых, которые хорошо понимают современные возможности науки и могли бы дать (и давали!) правильную и беспристрастную оценку таким проектам.
Главная причина — долгое время господствовавшая сверхидеологизированная командно-административная система (до сих пор все еще живая) с ее детищем — затратной экономикой, когда о работе предприятия или ведомства судят по тому, сколько средств и ресурсов затрачено на работы.
Но не надо долго искать примеры таких проектов, которые нанесли существенный вред окружающей среде. Многие из них широко известны.
Кара Богаз-гол. Залив Каспийского моря, действовавший как естественный испаритель и служивший источником сырья (мирабилит) для химической промышленности. Узкий пролив, соединяющий залив с морем, перегорожен плотиной с целью приостановить падение уровня Каспийского моря. Это дорогостоящее мероприятие могло компенсировать лишь 1—2 сантиметра падения уровня, тогда как в период 1929—1945 годов он понижался в среднем за год на 11,4 сантиметра, а в 1978—1987 годах ежегодно повышался в среднем на 12 сантиметров. На уровень Каспийского моря это практически не повлияло, месторождение мирабилита деградировало, из-за действия ветров земли вокруг сильно засолились.
Аральское море. Уникальный внутренний водный бассейн, заметно смягчающий климат окружающих территорий, обеспечивающий занятость значительной части местного населения и поставляющий ему, да и населению всей страны, ценные рыбные продукты. Непомерное развитие хлопководства, требующее забора больших количеств воды на орошение полей, дорогостоящие (и плохого качества) мелиоративные работы, избыточное применение удобрений. пестицидов, дефолиантов (в том числе чрезвычайно ядовитых диоксинов) для поддержания хлопковой монокультуры. Падение уровня и сокращение площади Аральского моря, его осолонение (более чем вдвое), увеличение засушливости климата, обеднение фауны вод и прилегающей суши, уменьшение урожайности хлопчатника. засоление и загрязнение удобрениями и пестицидами почв. уменьшение запасов и ухудшение качества питьевой воды, повышение заболеваемости (гепатит и т. п.), увеличение детской смертности.
Волга. Крупнейшая равнинная река европейской части России. Строительство многочисленных плотин с гидроэлектростанциями превращает ее в каскад слабопроточных водохранилищ. Гидроэлектростанции вносят сравнительно небольшой вклад в суммарное производство электроэнергии. В то же время залиты плодородные земли (пашни и пойменные луга), погублены леса, затоплены населенные пункты, нарушены пути миграций рыб ценных пород, уменьшилась способность вод к самоочищению, ускорилась эвтрофикация, обедняется флора и фауна, ухудшилось качество воды-
К сожалению, аналогичные проекты принадлежат не только прошлому. Некоторые из них и сейчас продолжают претворяться в жизнь, например Ленинградская дамба. Дамба, предназначенная для защиты Ленинграда от наводнений, уже теперь резко ухудшила водообмен между Финским заливом и Невской губой и способствовала быстрому загрязнению воды в последней. Другие планируются на ближайшее будущее (высокогорное Рогунское водохранилище в Таджикистане, Катунская ГЭС на Алтае и т. п.)
Именно командно-административная система, стремившаяся любыми путями доказать свои преимущества даже там, где их на самом деле не было, стала причиной того, что наша страна из экологически «благополучной» внезапно стала страной экологического бедствия. На самом деле деградация природной среды происходила все это время постоянно и с ускорением. Первоначально тенденции к ухудшению качества природной среды маскировались большими размерами страны. Но с течением времени экстенсивное развитие народного хозяйства с затратными методами, с одной стороны, и пресловутым «валом» — с другой, привело к тому, что у нас стали преобладать предприятия с отсталой технологией и оборудованием. Даже новые предприятия в стремлении сэкономить часто строились на базе старых технологий, приобретались за рубежом или монтировались без очистных сооружений и устройств. Традиционным стало сокрытие и искажение информации о подлинном состоянии природной среды. Достаточно вспомнить Чернобыльскую катастрофу уже в эпоху объявленной гласности, когда сам факт и размеры трагедии не были сразу доведены до широкой общественности (даже непосредственно затронутой). Да и сейчас еще различными организациями делаются попытки скрыть или преуменьшить масштабы и серьезность последствий катастрофы Появление широкого экологического движения на Западе трактовалось у нас как свидетельство пороков, присущих «загнивающему» капитализму. А его отсутствие у нас должно было говорить об экологическом благополучии в нашей стране. В результате было упущено драгоценное время, и если в развитых странах Запада в результате действенных мер в последние 10—20 лет экологическая обстановка по многим параметрам стала улучшаться, то в нашей стране, наоборот, происходило дальнейшее ухудшение природной среды.
Сейчас ситуация меняется. В печати, на радио, телевидении одной из главных тем стала экологическая. Широкая общественность знает теперь о критическом состоянии окружающей среды и начинает активно действовать. При этом она может уже опираться не на одни только эмоции, но и на фактические данные, в том числе в виде все большего числа различных карт экологической обстановки. Создаются общественные экологические организации от локальных в отдельных микрорайонах до всесоюзных, таких, как ассоциация «Экология и мир» и др., в органы власти разных уровней избраны многие искренние сторонники решительных мер по защите окружающей среды. «Экологизация» законодательной и исполнительной власти сейчас особенно важна, поскольку первоочередная задача — сделать экологически чистые производства выгодными и, наоборот, экономически невыгодным любое пренебрежение экологическими нормами. Без этого призывы к рядовым гражданам беречь природу будут выглядеть демагогическими и вряд ли достигнут цели. Вместе с тем необходима и самая широкая просветительская работа среди граждан всех возрастов.