СОДЕРЖАНИЕ
АННОТАЦИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. Последствия для экосистем морей иэстуариев
1.1 Введение
1.2 Уязвимость экосистем открытого океанадля возможных климатических возмущений
1.3 Уязвимость прибрежных океаническихэкосистем для возможных климатических возмущений
2. Возможные последствия дляпресноводных экосистем
2.1 Уязвимость экосистем материковыхводоемов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ
АННОТАЦИЯ
Данная работа содержит 24 страницы. Она посвященаактуальной проблеме изучения ухудшения экологической ситуации в результатеядерной войны. В работе рассмотрены последствия стрессов для важнейшихбиологических систем. Собранная информация демонстрирует крайнюю уязвимостьприродных экосистем для предполагаемых прямых и косвенных воздействий ядернойвойны. Работа убеждает, что человечество всей планеты должно объединить своиусилия в стремлении любыми способами избежать ядерной войны и того, что за нейможет последовать.
Ключевыеслова: ядерная война, глобальные последствия, пелагическая экосистема, ядернаяночь, снижение температуры, инсоляция, экосистемы эстуариев, озера, популяции.
ВВЕДЕНИЕ
В нашевремя ядерная война представляет собой наиболее серьезную угрозу для окружающейсреды. Одновременное действие таких факторов, как понижение температуры иосвещенности, уменьшение уровня атмосферных осадков, ионизирующая радиация,повышение уровня УФ-излучения, а также поступление в окружающую среду разнообразныхотравляющих продуктов, приведет к резкому нарушению биологических сообществ и кснижению на длительный период их способности к восстановлению.
Существуеттри возможных глобальных эффекта мирового ядерного конфликта. Первый из них — это “ядерная зима” и “ядерная ночь”, когда температура на всем земном шаререзко упадет на десятки градусов, а освещенность будет меньше, чем безлуннойночью. Жизнь на Земле окажется отрезанной от своего главного энергетическогоисточника — солнечного света. Второе последствие- радиоактивное загрязнениепланеты в результате разрушения атомных электростанций, хранилищ радиоактивныхотходов. И, наконец, третий фактор — глобальный голод. Годы ядерной войныприведут к резкому падению сельскохозяйственных культур.
Самаприрода воздействия крупномасштабной ядерной войны на окружающую среду такова,что, как бы и когда бы она ни началась, конечный результат одинаков — глобальная биосферная катастрофа.
Всередине 70-х годов человечество стало, наконец, понимать, что возможные последствияглобального обмена ядерными ударами могут превзойти любые ожидания. Несмотря нато, что в центре внимания продолжали оставаться хорошо изученные прямыепоражающие факторы наземных и воздушных ядерных взрывов, т.е. ударная волна,тепловое излучение и радиоактивные осадки, ученые стали учитывать возможностьглобальных экологических эффектов.
Многочисленныеядерные взрывы приведут к тепловому излучению и локальным радиоактивнымосадкам. Весьма серьезными могут быть и косвенные последствия, такие как уничтожениекоммуникаций, систем распределения энергии и общественных институтов. И покасохраняется опасность такой трагедии для человечества, всякое стремлениеуменьшать или игнорировать катастрофическое воздействие ядерной войны набиосферу сослужит самую плохую службу будущему земной цивилизации.
1. ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЭКОСИСТЕМ МОРЕЙ И ЭСТУАРИЕВ
1.1 ВВЕДЕНИЕ
Морскиеэкосистемы покрывают основную часть поверхности Земного шара, будучи в высшейстепени разнообразными и протяженными. Их можно сгруппировать в следующиеклассы: открытые океанические, включая поверхностные и глубинные пелагические;глубинные океанические и бентосные экосистемы континентального шельфа;прибрежные морские; литоральные, в том числе коралловые рифы; илистыеприбрежные отмели и песчаные пляжи и, наконец, экосистемы эстуариев. Уязвимостьдля климатических воздействий рассматривается по отдельности для морскихэкосистем Северного полушария, тропиков и Южного океана. В каждом конкретномслучае ожидаются различные уровни возможных обусловленных ядерной войнойнарушений, чувствительности и способности этих экосистем к восстановлению, атакже различное значение для человека изменений в этих экосистемах послеядерной войны.
Преждевсего следует отметить, что морские экосистемы мы знаем гораздо хуже, чемназемные, причем не только располагаем меньшим количеством данных, но и намногослабее понимаем основные протекающие в них процессы. На физических условиях вводной среде должны сложным образом отразиться изменения, произошедшие врезультате ядерной войны в атмосфере. Отчасти это объясняется тем, что сдвиги вфизическом состоянии крупных водоемов будут опосредованы и произойдутзначительно позже атмосферных возмущений. Существование многих типов морскихэкосистем ограничено освещенностью, так что ее снижение может отразиться напервичной продукции здесь сильнее, чем в наземных сообществах. Некоторыеморские экосистемы лимитируются также наличием биогенных веществ, так чтоизменения в их циклах будут иметь довольно существенное значение. Трофическаяструктура морских экосистем в типичном случае основана на одноклеточныхрастениях с быстрым обновлением особей и круговоротом входящих в их составэлементов, причем одни и те же элементы часто многократно рециклизируются впределах одного сообщества продуцентов. Все перечисленные обстоятельстванеобходимо учитывать при последующих рассуждениях.
1.2 УЯЗВИМОСТЬ ЭКОСИСТЕМ ОТКРЫТОГО ОКЕАНАДЛЯ ВОЗМОЖНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ
Вданной подглаве рассматриваются последствия ядерной войны для пелагических ибентосных экосистем. Первые состоят из планктона и более крупных плавающихживотных. Океанический фитопланктон дает около 90% всей первичной продукцииокеана. Лимитирующими факторами для него являются свет и биогены; для тогочтобы фотосинтез протекал достаточно интенсивно, оба этих фактора должныодновременно присутствовать в одном и том же месте и в соответствующемколичестве (рис. 1.2.1).
Глубиннаяпелагическая экосистема полностью гетеротрофна и зависит от притока пищи извне,большей частью в виде оседающего планктона и частиц из приповерхностныхпелагических экосистем. Глубинные пелагические сообщества включают различныепопуляции животных, в том числе колониальных простейших, хищных ракообразных иболее крупных позвоночных. Бентосные сообщества также гетеротрофны и покрываютконтинентальный шельф и дно океанов на большой глубине. Они состоят из бактерийи животных, обитающих на поверхности или в толще донного ила, а в шельфовойзоне также из обширных водорослевых комплексов, дающих пищу многочисленнымрастительноядным организмам и связанным с ними хищниками.
Первоеважное обстоятельство, касающееся возможного воздействия ядерной войны наэкосистемы открытого океана, — высокая степень их “забуференности” в отношенииперепадов температуры. Хотя и представляется возможным охлаждение морскойповерхности на 1-2 С в ходе продолжительных климатических нарушений, вызванныхядерной войной, однако более значительной тепловой реакции открытого океана непредполагается. Лабораторные эксперименты показывают, что фитопланктон будетпродолжать расти и при таком понижении температуры (рис. 1.2.2). Лишь в техместах, где особенности поведения животных тонко адаптированы к температурамокружающей среды, могут произойти определенные изменения. Таким образом, нельзяпредполагать никакого непосредственного влияния температурных сдвигов ни набентосные, ни на пелагические сообщества открытого океана. Однако возможныкосвенные воздействия, опосредованные изменениями океанических течений, а такжеглубины и стабильности термоклина.
Что жекасается освещенности, то она может существенно повлиять на первичную продукциюпелагических экосистем. Фитопланктон встречается до глубин, где инсоляциясоставляет 1-10 % от уровня на поверхности моря. Если она будет снижена на 95% иболее в течение нескольких недель, рост большинства видов водорослейприостанавливается, поскольку количество получаемой ими лучистой энергии недостигнет компенсационной точки (т.е. уровня, при котором фотосинтетическаяфиксация диоксида углерода как раз достаточна для компенсации его потерьрастительным организмом при дыхании (рис. 1.2.3). При сокращении освещенностиморской поверхности на 95 % световая компенсационная точка, в нормесоответствующая нижней границе эуфотической зоны, переместилась бы почтивплотную к границе вода/воздух (рис. 1.2.4).
Если впелагиалях Северного полушария биомасса фитопланктона сильно истощитсявследствие острого падения инсоляции, возможно сокращение численностипитающегося им зоопланктона, а также молоди рыб, потребляющих зоопланктон. Затопитающиеся фито- и зоопланктоном беззубые киты, по-видимому, не пострадают отмассового вымирания, если популяции планктона восстановятся в пределахнескольких месяцев. Если планктонный корм будет утрачен на достаточнодлительное время, может начаться гибель рыб. В экосистемах открытого океана узоопланктона скорее будет наблюдаться тенденция к полному вымиранию от голода — в основном из-за более низкой плотности популяций фитопланктона.
Возможноехроническое снижение освещенности на 5-20 % и температуры воздуха на 1 С врядли окажет на пелагические экосистемы существенное влияние.
Сдругой стороны, косвенные эффекты, обусловленные сдвигами в общей циркуляцииокеанических вод, могут существенно нарушить пространственное распределение зонапвеллинга и следовательно, высокой продуктивности. Нарушения океаническихтечений могут продолжаться довольно долго, влияя на промысел в течение лет илидаже десятилетий.
Длябентосных экосистем, значительно удаленных от материков, последствия климатическихвозмущений будут минимальны. Влияние здесь будет ограничено опосредованнымиэффектами, связанными с изменением продуктивности пелагических экосистем.
1.3 УЯЗВИМОСТЬ ПРИБРЕЖНЫХ ОКЕАНИЧЕСКИХЭКОСИСТЕМ ДЛЯ ВОЗМОЖНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ
Пелагическиеи бентосные сообщества более близких к материкам областей отличаются отэкосистем открытого океана взаимодействием с близлежащей сушей. На пелагическиеорганизмы здесь в большей степени влияет поступление питательных веществ,осадочного и другого материала из наземных систем, поэтому они характеризуютсяв целом более высокой продуктивностью.
Сточки зрения возможных последствий ядерной войны на прибрежные пелагическиеэкосистемы также действуют снижение освещенности и другие факторы, аналогичныеуже отмеченным для открытого океана. Кроме того, вблизи побережий этиэкосистемы могут испытывать более значительные изменения температуры из-замелководья и влияния стока пресноводных бассейнов. На прибрежные сообществасильнее действуют штормы и вследствие этого усиленное осадконакопление иперемешивание. Поступающие осадки могут усугублять проблему инсоляции.
Вусловиях нормальной зимы прибрежная продукция представляется достаточно инакапливается быстрее всего при низкой освещенности. Если бы фитопланктон смогадаптироваться к необычному времени наступления “кажущейся” зимы, первичнаяпродукция не претерпела бы значительных изменений. Таким образом, возможно, чтоприбрежные экосистемы устойчивее к стрессам, связанным с климатическимиизменениями, чем пелагические биоценозы открытого океана.
Экосистемыу берегов тропиков гораздо чувствительнее к понижению как освещенности, так итемпературы. Тепловой диапазон существования водных сообществ здесь в целомвдвое уже, чем в умеренных областях. Так, например, коралловые рифыпредставляют собой экосистемы, распространение которых ограничено наиболеетеплыми частями океана, где вода не охлаждается ниже 20 С, а глубины в основномне превышают 50 м. Коралловые рифы страдают уже при температурах около 15 С.Вдобавок к этому кораллы очень чувствительны к повышенным уровнямультрафиолетового излучения В. Вполне возможно, что воздействие индуцированныхядерной войной климатических возмущений на коралловые рифы будет относиться кчислу наиболее распространенных и серьезных для морских экосистем. Аналогичнымобразом, от похолодания должны пострадать мелководные сообщества тропическихморских трав. Собственно береговые участки - такие как пляжи, илистые отмели исоленые болота — испытывают гораздо более глубоко идущие воздействия, чемпрочие океанические экосистемы. Это касается в особенности спада температур.Последствия температурных спадов будут зависеть от сезона, местоположения,солености и высоты приливов. Произойдет гибель организмов, обитающих наповерхности дна. Популяции рыб в прибрежных водах, не сталкивающиеся в норме снизкими температурами, сильно сократятся в результате даже кратковременныхпохолоданий. Еще одно важное обстоятельство заключается в том, что икра иличинки многих промысловых видов рыб живут вблизи поверхности воды и, такимобразом, испытают особенно сильное отрицательное воздействие температуры,ультрафиолетового излучения В, токсичных веществ и прочих факторов.
2.ВОЗМОЖНЫЕПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ПРЕСНОВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ
2.1УЯЗВИМОСТЬЭКОСИСТЕМ МАТЕРИКОВЫХ ВОДОЕМОВ ДЛЯ ВОЗМОЖНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ
Пресноводныеводоемы делятся на стоячие (т.е. пруды и озера) и проточные (т.е. реки иручьи). На рисунке 2.1.1 представлены основные изменения, которые могутслучиться в гидрологическом режиме суши в ответ на возможные атмосферныевозмущения после ядерной войны. В целом снижение температуры и уровняатмосферных осадков приведет к быстрому сокращению количества жидкой воды,запасенной в реках и озерах. Изменения грунтовых вод будут намного медленнее игораздо менее выражены.
Основнаячасть пресной воды на поверхности суши сосредоточена в озерах; в руслах рек вкаждый отдельный момент времени ее относительно мало (таблица 2.1.1). Поэтомув данном разделе будут рассматриваться главным образом озера.
Таблица2.1.1. Некоторые данныепо водному балансу
Северногополушария
Составляющие
водного
баланса
Европа
Азия
Северная
Америка
Средний запас воды в реках, км 3 80 565 250
ПОСТУПЛЕНИЯ
за счет поверхност-
ного стока
за счет грунтовых
вод
2090
1120
10660
3750
5290
2160
Расход, км 3 / год 3210 14410 7450
Средний запас воды
в озерах, км 3 2027 27782 25623
Средний запас воды в водохранилищах,
км 3 422 1350 950
Особенностиозер определяются их размерами, притоком питательных веществ, доннымсубстратом, подстилающими породами, атмосферными осадками и множеством другихпараметров. Ключевым моментом в реакциях пресноводных экосистем наклиматические возмущения является предполагаемое снижение температуры, а навтором месте стоит сокращение инсоляции. Сглаживание температурных колебанийособенно сильно выражено в крупных пресных водоемах. Однако их экосистемы вотличие от экосистем открытого океана должны пострадать от измененийтемпературы, возможных после ядерной войны.
Установлениена длительный период отрицательных температур может вызвать образование наповерхности водоемов толстого слоя льда. Слой льда на мелководном озере можетохватить значительную долю его объема.
Таблица2.1.2. Распределениепресных озер и водохранилищ по
объему и площади
Площадь,
км
Европа
Азия
Северная
Америка
Свыше
10000 1 17700 908 4 92670 23200 8 327280 24322 1000-10000 26 74989 995 21 67070 3128 22 73185 1258 100-1000 23 9618 479 36 16760 520 17 7252 214
Российскиеспециалисты собрали статистические данные по размерам озер, включающиеинформацию о площади поверхности водоемов и их общем объеме. Эти данныеобобщены в таблице 2.1.2. Следует отметить, что подавляющее большинство озер,т.е. наиболее часто встречающиеся и доступные человеку, относится к категориисамых мелких. Водоемы этой категории будут в наибольшей степени подверженыпромерзанию на значительную глубину. В табл. 2.1.3 приводятся статистические данныепо площади и объему озер различных размерных классов.
Таблица 2.1.3. Распределение объема воды по глубинам для озер
различныхразмерных классов
Площадь, км
Процент общего объема
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
В процентах
общей площади по общего объема
полушарию по полушарию Свыше 10000 0.5 0.9 1.3 1.8 2.2 22 86 1000-10000 2.0 4.0 5.8 7.6 9.2 11 10 100-1000 1.4 2.8 4.2 5.5 6.8 2 2 10-100 14 27 38 49 58 12 0.8 1-10 28 50 68 81 91 19 0.6 Менее 1 58 88 100 100 100 35 0.5
Однойиз основных работ по оценке возможных последствий войны для озерных экосистемсчитается исследование Пономарева с сотрудниками, подготовленное а рамкахпроекта СКОПЕ-ЭНЮУОР. В этом исследовании была использована имитационнаямодель, разработанная в Санкт-Петербургском научно-исследовательскомвычислительном центре Академии Наук для оценки динамики озерных экосистем ивходящих в них видов, взаимоотношений между озерами и их водоразделами ивлияния на озера промышленного развития. Рассматриваются три биотическихкомпонента (фитопланктон, зоопланктон и детрит), связанные с такими понятиями,как азот, фосфор, донные осадки, растворенный кислород, температура воздуха,инсоляция и радиация (рис. 2.1.2). В разных вариантах анализа начало возмущения(ядерная война) приходилась либо на февраль, либо на июль.
Результатымоделирования февральской ядерной войны представлены на рис. 2.1.3, гдеприведены как нормальные, так и предполагаемые кривые изменения температурыводы, инсоляции, биомассы фитопланктона, зоопланктона, детрита и отношенияколичества минерального азота к органическому.
Последствияклиматических изменений более серьезны и долгосрочны (рис. 2.1.4). Возвращениетемпературы и освещенности к нормальным уровням произойдет при этом сценарии какраз к моменту обычного наступления зимы.
Есликлиматические возмущения, вызванные ядерной войной, произойдут зимой там, гдеозерная вода в норме имеет температуру, близкую к нулю, они приведут кувеличению толщины льда.
Вмелководных озерах не исключено промерзание до дна, приводящее к гибелибольшинства живых организмов. Если острые зимние возмущения климата затронутпресноводные экосистемы, не замерзающие в нормальной обстановке, биологическиепоследствия обещают быть весьма серьезными. Хронические климатическиенарушения, начавшиеся весной, или затянувшиеся последствия зимней ядернойвойны могут задержать таяние льда.
Принаступлении морозов в конце весны (а для южных озер — в любое время года)скорее всего произойдет полное отмирание живых компонентов экосистем под прямымвоздействием падения температуры и освещенности. Однако, если морозы ударятлетом, последствия, вероятно, будут не столь опустошительными, поскольку многиеиз наиболее уязвимых стадий жизненных циклов уже будут пройдены. Масштабы последствийбудут определяться продолжительностью холодов. Продолжительность воздействияособенно сильно скажется следующей весной.
Климатическиевозмущения в осеннее время будут иметь наименьшие последствия для северныхпресноводных экосистем, поскольку к этому моменту живые организмы уже пройдутвсе репродуктивные стадии. Беспозвоночные, фитопланктон и редуценты, даже еслиих численность значительно сократилась, восстановятся, как только климатическиеусловия возвратятся к норме. Тем не менее, остаточные эффекты могут еще долгосказываться на функционировании экосистемы в целом, причем не исключаетсявозможность некоторых необратимых процессов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Возможныеглобальные последствия ядерной войны для окружающей среды находились в центревнимания ряда исследователей в течение четырех десятилетий с момента первыхатомных бомбардировок Японии.
Послеанализа приводимых данных по чувствительности экосистем к послевоеннымэкологическим возмущениям возникает ряд совершенно очевидных выводов:
1. Природные экосистемы уязвимы дляэкстремальных климатических возмущений, причем по-разному в зависимости от типаэкосистемы, ее географического положения и времени года, когда произойдутвозмущения.
2. В результате синергизма факторов ираспространения их влияния от одних элементов экосистем к другим происходятболее крупные сдвиги, чем можно было бы предполагать при изолированном действиивозмущений. Так, повышенная интенсивность ультрафиолетового излучения В,загрязнение воздуха и радиация не вызывают катастрофических последствий,действуя по отдельности, однако, проявляясь одновременно, эти факторы могутоказаться губительными для чувствительных экосистем благодаря своемусинергизму.
3. Пожары, являющиеся прямым следствиемкрупного обмена ядерными ударами, могут охватить обширные территории.
4. Восстановление экосистем послеклиматических стрессов острой фазы, следующей за крупномасштабной ядернойвойной, будет зависеть от степени приспособленности к естественным нарушениям.В некоторых типах экосистем изначальный ущерб может быть очень большим, авосстановление крайне медленным, причем полное восстановление до исходногоненарушенного состояния вообще маловероятно. Антропогенное влияние способнозамедлить процесс экологического восстановления.
5. Локальные радиоактивные осадки могутоказать очень значительное влияние на экосистемы.
6. Экстремальные скачки температуры дажена достаточно короткие периоды способны нанести чрезвычайно большой ущерб
7. Морские экосистемы наиболее уязвимыдля продолжительного снижения освещенности.
Дляхарактеристики биологических реакций на глобальные стрессы необходимаразработка следующего поколения экосистемных моделей и создание обширных базданных по отдельным компонентам экосистем и по экосистемам в целом,подвергающимся различным экспериментальным нарушениям. Прошло много времени стех пор, как были предприняты серьезные экспериментальные попытки описатьвлияние ядерной войны на биологические системы. Сейчас эта экологическаяпроблема стала самой важной из всех, с какими когда-либо сталкивалосьчеловечество.
Уменьшениеосадков Снижение
температуры
/>/> воздуха
/>/>/>/>
Сокращениежидких
/>/> атмосферныхосадков Замерзание
/>/>/> водоемов/> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Сокращение Ослабление
инфильтрации поверхностного
/> стока
/>
/> Уменьшение
речного стока
/>
/> Сокращение
/> запасов воды в
реках и озерах
/> /> /> /> /> /> /> />
Сокращение Сокращение
/> запасов грунтовых грунтового
вод стока
Рис. 2.1.1 Возможные механизмы влияния климатических
возмущений на гидрологический цикл
/>( -второстепенные факторы,
- />основныефакторы)
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ
1) Т. Хатчинсон, М. Харуэлл
Последствия ядернойвойны. Воздействие на экологию.
Москва: ”Мир”, 1988
2) Ю.М. Свирежев, О.Ю. Гайдуков
Анализ последствийядерной войны.
Москва, 1989
3) Б. Небел
Наука об окружающей среде(том 1).
Москва: “Мир”, 1993
4) А.Б. Питток
Последствия ядернойвойны: физические и атмосферные эффекты
Москва: “Наука”, 1990
5) В.М. Пономарев, В.В. Михайлов
Озерные экосистемы приэкстремальных условиях
АН исследовательскогокомпьютерного центра, С.-Пб.