Эволюция взаимоотношений человека с окружающей средой

Географическая оболочка Земли продолжительное время была абиотической (неживой) геосистемой: в ней происходил геологический круговорот веществ в виде взаимосвязанных физических и химических процессов. Существенная трансформация геологического круговорота произошла под влиянием биологического обмена веществ. С развитием органического мира абиотическая геосистема постепенно преобразовалась в глобальную экосистему – биосферу, состоящую из двух взаимодействующих подсистем – неживой (абиотической) и живой (биотической). Обменные вещественно-энергетические процессы в этой новой системе были значительно видоизменены. Для образования биосферы решающее значение имело появление на земле растительности, содержащей хлорофилл. Дальнейший процесс эволюции живых организмов привел к появлению человека – наивысшего биологического вида, в своем развитии все больше воздействующего на природу.

С появлением людей на Земле началось влияние их деятельности на круговорот веществ и энергетический обмен в биосфере. В отличие от других организмов человек – это особый биологический вид, который влияет на природу не только своими процессами обмена веществ, но и трудовой деятельностью. Влияние ее связано не только с ростом народонаселения, но и с ее технической оснащенностью и умением организовать труд.

В истории развития человечества и его взаимодействии с окружающей природной средой можно выделить несколько этапов.

· Эксплуатация природы (до 50-х гг. ХХ в. – экологически ненормированное потребление природных ресурсов);

· Охрана природы (50-е – 70-е гг. ХХ века). Природоохранные территории, экологическое законодательство, НТП в рамках техногенного способа производства;

· Воспроизводство природы;

· Ноосферный этап. Познавая законы развития природы, человечество воплощает их в хозяйственной деятельности. Гармонизация взаимодействия общества и природы.

К началу XXI века некоторые стойкие тенденции, такие как: постепенное повышение температуры на планете, падение уровня грунтовых вод, сокращение посевных площадей на душу населения, уменьшение площадей лесов, потеря растительных и животных видов и др., начинают формировать будущее цивилизации, являясь проявлением кризисной экологической ситуации.

Экологическая ситуация – состояние отдельных компонентов окружающей среды, складывающееся в результате воздействия производительных сил и влияющее на здоровье человека и эффективность развития производительных сил.

Первопричиной экологических проблем быланаучно-техническая революция и как ее следствие – рост масштабов общественного производства. В условиях несовершенства производственных технологий окружающая среда подверглась непредвиденным масштабным техногенным воздействиям. В десятки раз увеличилось количество автомашин, загрязняющих отработанными газами атмосферу городов. В сельском хозяйстве, кроме удобрений, нашли широкое применение различные яды – пестициды, смыв которых способствовал загрязнению поверхностных вод Мирового океана.

Одновременно с научно-технической революцией (к середине 50-х годов XX века) происходит быстрое увеличение населения Земли («Демографический взрыв»). Понадобилось 10 тыс. лет, чтобы численность населения мира подошла к 1 миллиарду (в1830 г), всего 100 лет – чтобы стало 2 млрд. чел. (в 1930 г.), прошло 30 лет – и нас стало 3 млрд. чел (в 1960 г.), и всего 14 лет – и на планете стало проживать 4 млрд. чел. (в 1974 г.) И еще быстрее возрастали потребности человека.

Научно-техническая революция и демографический взрыв привели к колоссальному увеличению использования природных ресурсов. При таких темпах потребления стало очевидным возможное исчерпание многих природных ресурсов в ближайшее время. Одновременно отходы гигантских производств стали все больше загрязняют окружающую природную среду. Так «оформились» черты современной экологической ситуации:

1) истощение природных ресурсов,

2) резкое ухудшение качества окружающей природной среды (загрязнение окружающей природной среды).

Важнейшими проявлениями кризисной экологической ситуации в мире являются возникновения таких глобальных экологических проблем, как: озоновая «дыра», «парниковый эффект», «кислотные дожди».

Озоновая «дыра» - значительное пространство в озоносфере планеты (на высотах от 20 до 25 км –в стратосфере) с пониженным (до 50 %) содержанием озона.

Впервые проблема озоновой «дыры» поставлена в 80 – х годах XX в. (по отношению к Антарктиде и в меньшей степени – к Арктике, Северной Африке). Причины возникновения озоновой «дыры» пока не совсем ясны. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение. Последнее более вероятно. От выбросов фреонов (хлорфторуглеродов – ХФУ), применяющихся в промышленном производстве и в быту (хладоанрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки сжигания ракетного топлива и др.), происходит разрушение молекул озона вследствие химических реакций с атомами хлора и брома, освобождаемых при распаде молекул химических веществ (ХФУ).

Среди естественных причин происхождения озоновой «дыры» рассматриваются: сведение лесов, как продуцентов кислорода; естественная изменчивость озоносферы; циклическая активность Солнца; рифтогенез и дегазация Земли, т. е. прорыв глубинных газов – водорода, метана, азота через рифтовые разломы земной коры.

Истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Последствия снижения концентрации озона:

· ослабление способности атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения;

· увеличение солнечных ожогов, заболеваний людей раком кожи, глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т.д.;

· потеря способностей растений к фотосинтезу, снижение урожайности культур;

· гибель фитопланктона в океане (совокупности живущих в океане микроскопических водорослей), разрыв трофических цепей биоты водных экосистем и т. д.

По данным международной экологической организации «Гринпис» основными поставщиками ХФУ являются США, Япония, Великобритания и Россия. Согласно международным протоколам предусматривается значительное снижение выбросов ХФУ. Монреальский протокол (1985 г) «Об охране озонового слоя» позволил снизить использование озоноразрушающих веществ с 1,1 млн. т в 1986 г.до 156 тыс.т в 1998 г.

«Парниковый эффект» – постепенное потепление климата на планете в результате накопления в атмосфере антропогенного углекислого и др. газов (метана, фреонов, оксида азота и др.), которые аналогично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли.

Таблица 9.2.

Источники основных парниковых газов в атмосфере Земли

виды время жизни, годы	источники
диоксид углерода – CO2 50-200 лет	- сжигание ископаемого топлива: уголь, нефть, газ…
метан 10 лет	- болота, - сжигание биомассы, рисовые поля, крупный рогатый скот, овцы… - горное производство
фреон (ХФУ) 130 лет	- промышленное производство, - бытовое применение
оксид азота 150 лет	- производство и применение азотных удобрений в сельском хозяйстве

 

Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере привело к тому, что по сравнению с доиндустриальным периодом (концом IX столетия) повышение средней глобальной температуры воздуха, к 2025 году может достигнуть 2,2-2,5ºС (Будыко и др.,1989). В докладе Международной группы ООН по проблемам климатических изменений прогнозируется рост температуры на Земле на 2-4º к 2100 году.

Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением на Земле после ледникового периода, и значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. Это связано, прежде всего, с повышением уровня Мирового океана (вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д.). Повышение уровня океана всего лишь на 0,5-2,0 м к концу XXI века, приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, заболачиванию обширных территорий и т.п.

В 1997 г. принят Киотский протокол, согласно которому промышленно развитые страны к 2008-2012 годам должны сократить выбросы в атмосферу парниковых газов, по меньшей мере, на 5 % по сравнению с уровнем 1990 года. Протокол также определяет механизмы, позволяющие осуществить это решение. Конкретные детали этих механизмов были оговорены на конференции в Гааге в ноябре 2000 года, где было решено, что в каждой индустриальной стране должна проводиться национальная политика по сокращению выбросов. В частности, отмечалось что сокращение выбросов не должно подменяться использованием естественных поглотителей СО₂ – лесами. Многие страны заявляют о сокращении выбросов, засчитывая естественное поглощение углерода зрелыми лесами и почвами как результат их собственных усилий.

Киотский протокол вступил в действие 16.02.2005 г., несмотря на нератификацию его Индией, Австралией, Китаем, США (население США – это 0,5 % численности населения мира, но при этом страна выбрасывает в атмосферу 25 % планетарного объема парниковых газов).

«Кислотные дожди» образуются при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы (SO₂) и оксидов азота (NO₃), которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют разбавленную серную и азотную кислоты. В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число pH ниже 5,6).

Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе – pH = 2,3, в Китае – pH = 2,25. Фактически атмосферная влага с таким значением pH является кислотой.

Значение природной среды:

1) негативно отражается на состоянии экосистем;

2) значительно снижает урожайность сельскохозяйственных культур (хлопчатника, томатов, винограда, цитрусовых и др.) – в среднем на 20-30 %. При pH = 3,0 почвы становятся практически бесплодными;

3) особенно интенсивно происходит в Канаде, Швеции, Норвегии и Финляндии – закисление озер (значительная часть выбросов серы в США, ФРГ и Великобритании выпадает на их территории). Озера становятся практически безжизненными;

4) ускоряет коррозию металлических конструкций, зданий и др., а также наносит серьезный ущерб памятникам мировой культуры (Колизею в Риме и др.).

Таким образом, проведенный анализ современной экологической ситуации указывает на основного виновника ее кризисного состояния – антропогенные воздействия на окружающую среду

Антропогенное воздействие на окружающую среду (АВОС) - это любой процесс изменений природы, обусловленный деятельностью человека.

Таблица 9.3

Виды антропогенной нагрузки

виды антропогенной нагрузки	показатели антропогенной нагрузки
промышленная	объемы и структура выбросов в атмосферу, сбросов сточных вод промышленных предприятий, промышленных отходов
транспортная	объемы и структура выбросов в атмосферу
демографическая	объемы и структура выбросов в атмосферу ЖКХ, сбросов бытовых сточных вод, бытовых отходов
сельскохозяйственная	количество используемых минеральных удобрений, пестицидов, показатели ветровой и водной эрозии почв и т.п.
рекреационная	количество человеко-дней на единицу площади или рекреационный объект за единицу времени

Антропогенная нагрузка может быть оптимальной, предельной (максимально допустимой) и деструкционной (гибельной).

Воздействие человека на окружающую природную среду может быть как прямым, так и опосредованным (косвенным).

Непреднамеренное изменение природной среды в результате цепи природных реакций, каждая из которых влечет за собой изменение других, связанных с нею первичных или вторичных явлений, вследствие хозяйственных мероприятий называется опосредованным (косвенным) воздействием на природу (например, подтопление территорий при создании водохранилищ). Большинство элементов окружающей среды (земля, лес, растения), как правило, подвергаются воздействию опосредовано. Основными объектами прямого воздействия являются атмосфера и вода.

Прямое воздействие на природу – это непосредственное, не всегда планируемое и желаемое изменение природы в процессе хозяйственной деятельности человека. Среди прямых воздействий на природу различают антропическое, антропогенное, аддитивное, куммулятивное, синергическое.

Антропическим (от греч. Antropos – человек) воздействием называется непосредственное влияние человечества на процессы в окружающем его мире; оно сопровождается уменьшением популяций различных видов, приводит к нарушению равновесия между отдельными популяциями и загрязнению окружающей природной среды).

Антропогенное воздействие – это воздействие, оказываемое хозяйственной деятельностью на среду и ее ресурсы

Совокупное воздействие нескольких загрязнителей (химических, физических) называется аддитивным. Так, загрязнение атмосферного воздуха от теплоэлектроцентралей усугубляется шумом энергетических установок, электромагнитными и ионизирующими излучениями.

Кумулятивным воздействием называется воздействие химического вещества или другого действующего агента, связанного с его накоплением.

Синергическое воздействие (от греч. «syn – вместе, «ergon» - работать) – комплексное воздействие нескольких факторов, при котором общий эффект оказывается иным, чем при суммировании воздействия каждого фактора порознь.

Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение.

Загрязнение – поступление в окружающую природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде излучений, звуков, шумов) в количествах, вредных для здоровья людей, животных, состояния растений и экосистем

Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с ними информационных), происходящее в результате естественных или искусственных процессов и приводящее к ухудшению функций среды по отношению к рассматриваемому объекту (человеку, биологическому организму, объектам жизнедеятельности человека).

Экологическое определение понятия загрязнения отличается от антропоцентрического. В нем делается акцент на том, что загрязнение касается не только людей и созданной ими искусственной среды, а совокупности всех видов в биосфере и Земле с ближним космосом.

Основными загрязняющими веществами учеными признаются:

· диоксины;

· тяжелые металлы: свинец, кадмий и особенно ртуть;

· некоторые канцерогенные вещества, в частности бензапирен;

· нефть и нефтепродукты в морях и океанах;

· хлорорганические пестициды (в сельских районах);

· оксид углерода и оксид азота (в городах);

· радионуклиды и другие радиоактивные вещества.

Особо опасными являются диоксины, их называют суперэкотоксикантами в силу их чрезвычайно высокой токсичности и биологической активности. В эту группу входят сотни хлор-, бром-, хлорбром- органических циклических эфиров. Диоксины образуются во многих технологических процессах от целлюлозно-бумажного, металлургического и других производств до биологической очистки сточных вод и хлорирования питьевой воды, сжигания отходов, сгорания топлива в двигателях. Эти вещества по своей токсичности превосходят соединения тяжелых металлов, хлорорганические пестициды (ДДТ. Гексахлоран и др.), а по канцерогенности – ароматический углеводород бензапирен.

По статистике, среди всех источников загрязнения на первом месте – отработанные газы автотранспорта (до 70 % всех заболеваний в городах вызваны ими), на втором – выбросы тепловых электростанций, на третьем – химическая промышленность. По объему загрязненных стоков первое место занимает целлюлозно-бумажная промышленность (больше 15 %).

Содержание свинца в костях современного человека приблизительно в 50 раз выше, чем у наших давних предков, а концентрация ртути в сегодняшних организмах в 100-200 раз превышает ее содержание в почве, природных водах и воздухе.

Таблица 9.4

Характеристика основных видов загрязнений окружающей среды (по типам происхождения загрязнений) [по Мельнику Л.Г.]

Загрязнение	Определение
1 Механическое	Засорение среды агентами, оказывающими лишь механическое воздействие без химико-физических последствий (например, мусором).
2 Химическое	Изменение химических свойств среды, отрицательно воздействующих на экосистемы и технологические устройства.
3 Физическое	Изменение физических параметров среды:: температурно-энергетических (тепловое или термальное), волновых (световое, шумовое, электромагнитное), радиационных (радиационное или радиоактивное) и т. д.
3.1 Тепловое (термальное)	Повышение температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов и воды; может возникнуть и как вторичный результат изменения химического состава среды.
3.2 Световое	Нарушение естественной освещенности местности в результате действия искусственных источников света; может приводить к аномалиям в жизни растений и животных.
3.3 Шумовое	Увеличение интенсивности шума сверх природного уровня у человека приводит к повышению утомляемости, снижению умственной активности, а при достижении 90-10 дБ к постепенной потере слуха.
3.4 Электро-магнитное	Изменение электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио, телевидения, работы некоторых промышленных и бытовых установок и др.) приводит к глобальным и местным географическим аномалиям и изменениям в тонких биологических
4 Радиационное	Превышение естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ
5 Биологическое	Проникновение в экосистемы и технологические устройства видов животных и растений, нарушающих экологическое равновесие или наносящих социально-экономический ущерб.
5.1 Биотическое	Распространение определенных, как правило, нежелательных с точки зрения людей, биогенных веществ (выделений, мертвых тел и др.) либо нарушающих экологическое равновесие
5.2 Микро-биологическое	А) Появление необычайно большого количества микроорганизмов, связанное с их массовым размножением на антропогенных субстратах или средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека. Б) Приобретение ранее безвредной формой микроорганизмов патогенных свойств или способности подавлять другие организмы в сообществах.
6. Информа- ционное	Изменение свойств среды, ухудшающее ее функцию как носителя информации

Ингредиентное – загрязнение, представляющее собой совокупность веществ, минеральных и органических, чуждых биогеноцентозам (например, бытовые стоки, ядохимикаты, продукты сгорания и т. д.);

Параметрическое (физическое) – загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, радиационное,электромагнитное, световое);

Биоценотическое – загрязнение, вызывающее нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел видов, например);

Стационально-деструкционное –загрязнение (стация –местообитания популяции, деструкция – разрушение), представляющее собой изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования (зарегулирование водотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений и прочее).

В зависимости от масштабов распространения загрязнений различают глобальное, региональное, локальное и жилищное загрязнения.

Глобальное загрязнение называют также фоново-биосферным. Глобальные загрязнения влияют на биосферные процессы в целом на Земле и распространяются на огромные расстояния, появляясь в любой точке планеты от их источников (например, ДДТ обнаружен в яйцах пингвинов в Антарктиде).

Региональное загрязнение – это внесениезагрязнителя в пределах значительного пространства, но не охватывающего всю планету.

Локальное загрязнение – небольшое загрязнение, как правило, вокруг промышленного предприятия, населенного пункта и т.п.

Различают также загрязнения компонентов биосфеты: атмосферы, Мирового океана, подземных вод, почвы, городской среды, внутриквартирные.