Основные экологические проблемы современности

Революционные изменения в биосферных процессах, которые начались в XX веке, привели к бурному развитию энергетики, машиностроения, химии, транспорта, к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. Последствия антропогенной деятельности проявляются в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

У экологических проблем современности есть отличительные признаки, которые придают им масштаб глобальности. Прежде всего это их общечеловеческая значимость.

Основные проблемы современной биосферы так или иначе связаны с техногенной деятельностью человека. Эволюция человека как биологического вида и человечества в целом привела к изменению естественного биогеохимического круговорота и перераспределению энергии на Земле. Можно с уверенностью сказать, что все глобальные проблемы современности прямо или косвенно замыкаются на использовании природных ресурсов Земли.

В современных условиях человечество получило практически неограниченные возможности воздействия на природу. В пределах жизни одного поколения преобразуется облик планеты – исчезают леса, осушаются болота, а вместе с ними процветающие виды растений и животных, на месте естественных первичных биоценозов создаются вторичные агроценозы, истощаются залежи полезных ископаемых. Удобрения, ядохимикаты, отходы промышленности, бытовые стоки, кислотные и радиоактивные осадки, канцерогенные углеводороды, изменяют химический состав воздуха, воды, истощают почву. Постоянно растет количество людей на земном шаре. Своей хозяйственной деятельностью человечество изменяет структуру биосферы, нарушая геохимические круговороты вещества и энергии и по сути дела создается новая среда обитания для всего живого, в том числе и для самого себя.

Все экологические процессы в биосфере взаимосвязаны и неразрывны. Нарушение одних процессов неминуемо влечет за собой сдвиги в системе сложившихся связях природных экосистем. Масштабы воздействия хозяйственной деятельности на природную среду стали гигантскими. Ежегодно из земных недр безвозвратно извлекается свыше 100 млрд. т полезных (для человека но не для планеты) ископаемых, выплавляется 800 млн. т различных металлов, вносится в почвы свыше 500 млн. т минеральных удобрений, около 3 млн. тонн различных ядохимикатов, из которых треть смывается поверхностными стоками в водоемы или задерживается атмосферой.

Усиление техногенного воздействия на природную среду породило ряд экологических проблем, требующих безотлагательного решения. В первую очередь это состояние атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов.

Состояние атмосферы определяет тепловой режим на нашей планете и непосредственным образом влияет на защитные функции озонового слоя. Результатом изменения теплового режима могут служить значительные колебания климатических условий. В свою очередь изменения климата на обширных территориях приведут к тяжелым экономическим последствиям, так как потребуют переориентации многих отраслей мировой экономики.

В настоящее время средняя концентрация углекислого газа в атмосфере составляет 0,034%. Исследованиями медиков установлено, что для здоровья человека повышение концентрации СО₂ до 1% практически безвредно. Так что человечество еще имеет в запасе какое-то время для решения этой проблемы.

Напрямую с проблемой охраны атмосферного воздуха связано загрязнение окружающего пространства тяжелыми металлами. К тяжелым относят металлы с большой атомной массой (свинец, цинк, ртуть, медь, никель, железо, кадмий и др.).

Актуальность проблемы истощения водных ресурсов связана как с огромным водопотреблением, так и с загрязнением поверхностных и подземных вод. В итоге в ряде районом мира возникает острейший дефицит воды.

И, наконец, землян уже сейчас тревожит проблема земельных ресурсов. Земельный фонд уменьшается прежде всего из-за строительства, горнопромышленных разработок, почвенной эрозии, засоления, опустынивания.

В последнее время особую остроту приобрела проблема катастрофически быстрого сокращения площадей лесных массивов, особенно тропических. За последние три десятилетия площадь лесов уменьшилась на 1 млрд. га, что составляет 20% их совокупной площади. Это самые большие потери лесных площадей за весь период истории биосферы.

Сведение горных лесов также чревато экологическими последствиями. Со склонов гор, лишенных зелени, дожди смывают почву, делая изменения необратимыми. Новые лесопосадки тут уже не приживутся. На равнинах происходит эрозия почв, земля родит все меньше, местное население лишается хлеба насущного - риса и злаков. Плодородные слои земной коры содержат 2 трлн. т углерода, что в три раза превышает его количество в атмосфере. После вырубки деревьев углерод окисляется и улетучивается в атмосферу. Неумеренный расход древесины приводит к возрастающему давлению на лесные экосистемы.

Антропогенное воздействие на природу достигло таких масштабов, что возникли проблемы глобального характера, о которых в начале XX в. никто не мог даже предполагать. К основным глобальным экологическим проблемам современности, находящимся в поле зрения человечества в начале XXI века следует отнести:

- изменение климата (геофизики) Земли на основе усиления парникового эффекта;

- общее ослабление стратосферного озонового экрана и образование «озоновых дыр» над Антарктикой и «малых дыр» над другими регионами планеты;

- замусоривание и иное загрязнение ближайшего космического пространства;

- загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, сильно ядовитых и пагубно действующих веществ в результате вторичных химических реакций в том числе фотохимических (образование серной кислоты в атмосфере от выбросов сернистого ангидрида);

- загрязнение океана, захоронение в нем (дампинг) ядовитых и радиоактивных веществ, насыщение его вод углекислым газом из атмосферы, поступление в него антропогенных нефтепродуктов, других загрязняющих веществ, особенно тяжелых металлов и сложно-органических соединений, подкисление мелководий за счет загрязненной сернистым ангидридом и окислами азота атмосферы, а также разрыв экологических связей между океаном и водами суши в связи со строительством плотин на реках;

- истощение и загрязнение поверхностных вод суши, континентальных водоемов и водотоков, подземных вод и нарушение баланса между подземными и поверхностными водами;

- радиоактивное загрязнение локальных участков и некоторых регионов, в особенности с текущей эксплуатацией атомных устройств, Чернобыльской аварией и испытаниями ядерного оружия;

- продолжающееся накопление на поверхности суши ядовитых и радиоактивных веществ, бытового мусора, промышленных отходов, в особенности практически неразложимых и очень стойких, типа полиэтиленовых изделий, других пластмасс и т.п.

- опустынивание планеты в новых регионах, расширение уже существующих пустынь, углубление самого процесса опустынивания, т.е. деградация плодородных земель.

- сокращение площади тропических и северных лесов, болот ведущее к дисбалансу кислорода, иссушению и усилению процесса исчезновения многих видов животных и растений (на грани исчезновения находится в настоящее время около 30 тыс. видов)

- освобождение и образование в ходе вышеуказанного процесса новых экологических ниш и заполнение их нежелательными организмами – вредителями, паразитами, возбудителями новых заболеваний растений и животных, включая человека.

- ухудшение среды жизни в городах и сельской местности, увеличение шумового воздействия, стрессов, подавления человека высотными зданиями, дискомфорта обезличенного строительства, напряженного темпа городской жизни и потери социальных связей между людьми, возникновения «психологической усталости».

 

Парниковый эффект

Всем хорошо известно, как устроен обыкновенный парник, где выращиваются многие ранние овощи. Это либо застекленная теплица, либо обтянутый полиэтиленовой пленкой каркас. Солнце, нагревает в парнике землю, а образовавшееся тепло не выходит наружу, задерживаемое стеклянным или солнечным покрытием. Аналогичный процесс наблюдается в настоящее время и на Земле, за что он назван парниковым эффектом.

Парниковый эффект - постепенное потепление климата на Земле в результате увеличения в ее атмосфере концентрации углекислого и других антропогенных газов (метана, оксидов азота, фтор- и хлоруглеродов), которые препятствуют длинноволновому тепловому излучению с земной поверхности (аналогично покрытию теплицы).

Средняя температура Земли в настоящее время составляет около 15^оС. При данной температуре поверхность планеты и атмосфера находятся в тепловом равновесии. Нагреваясь энергией Солнца, поверхность Земли возвращает в атмосферу в среднем эквивалентное количество энергии. Это энергия испарения, конвекции, теплопроводности и инфракрасного излучения.

В последнее столетие деятельность человека, связанная с техническим прогрессом, привносит дисбаланс в соотношение поглощаемой и выделяемой энергии. До вмешательства человека в глобальные процессы Земли изменения, происходящие на ее поверхности и в атмосфере, были связаны с содержанием в природе газов, которые с легкой руки ученых были названы «парниковыми» К таким газам относятся диоксид углерода, метан, оксиды азота и водяной пар. Сейчас к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ). Без газового одеяла, окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы ниже на 30-40 градусов. Существование живых организмов в таком случае было бы весьма проблематичным.

Итак, парниковые газы временно удерживают тепло в нашей атмосфере, благодаря чему создается так называемый парниковый эффект.

Одна из основных экологических проблем связана с тем, что в результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается, прежде всего, углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет. Углекислый газ создает 50% парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20% и на долю метана - 18%.

За последние 200 лет в результате антропогенной деятельности содержание оксида углерода в атмосфере увеличилось на 25%. Связано это, прежде всего с интенсивным сжиганием ископаемого топлива: газа, нефти, сланцев, угля и искусственным происхождением СО₂. Ископаемое топливо сгорает неполностью, и такие несгоревшие его элементы в виде углерода соединяются в слое атмосферы с кислородом, образуя техногенный углекислый газ.

В первой половине XX в. содержание углекислого газа в атмосфере оценивалось равным 0,03%. В 1956 г. ученые провели специальные исследования в рамках Первого международного геофизического года. Приведенная величина была уточнена и составила 0,028%. В 1985 г. измерения были проведены снова, и оказалось, что количество углекислого газа в атмосфере возросло до 0,034%. Таким образом, увеличение содержания в атмосфере углекислого газа - факт доказанный.

Другая причина повышения концентрации диоксида углерода - ежегодное уменьшение площадей лесов на нашей планете, которые являются основными поглотителями углекислого газа. Достаточно сказать, что каждую минуту на планете вырубается 23 гектара тропического леса, который является «легкими» нашей планеты.

Вторым по значению «парниковым» газом является метан. Его содержание в атмосфере ежегодно увеличивается на 1% в год. Биологические превращения метана способны осуществлять только очень специфические бактерии. Наиболее значимые его поставщики - свалки, крупный рогатый скот, рисовники. Запасы газа на свалках крупных городов можно рассматривать как небольшие газовые месторождения. Что касается рисовых полей, то, как выяснилось, несмотря на большой выход метана, в атмосферу его поступает относительно мало, поскольку большая часть расщепляется бактериями, связанными с корневой системой риса. Так что на поступление метана в атмосферу рисовые сельскохозяйственные экосистемы оказывают умеренное влияние.

Так где же метан максимально концентрируется в атмосфере? Такие максимумы были найдены в высоких широтах Северного полушария. Ученые установили, что в тундре, особенно над кочками с пушицей, довольно много метана. Там были найдены бактерии, в частности метаносарцина, образующая метан при низких положительных температурах (+5^оС). Метаносарцина является наиболее универсальной из метаногенов. Впоследствии было рассчитано предполагаемое местонахождение центров образования метана на Земле. Один из таких центров расположен в Западной Сибири, а область повышенного образования протягивается через Северную Европу.

Сегодня уже не остается сомнений, что тенденция использования преимущественно ископаемого топлива неизбежно ведет к глобальному катастрофическому изменению климата. При нынешних темпах использования угля и нефти в ближайшие 50 лет прогнозируется повышение среднегодовой температуры на планете в пределах от 1,5^оС (близ экватора) до 5^оС (в высоких широтах).

Повышение температуры в результате парниковый эффект грозит небывалым экологическим, экономическим и социальным взрывом. Уровень воды в океанах может подняться на 1-2 м за счет морской воды и таяния полярных льдов. Примерно 1/3 территории Бангладеш и 1/4 территории Египта могут быть поглощены морем. Это станет началом трагедии для 46 млн. людей. Повышение температуры вызовет понижение влажности почвы во многих регионах Земли. Засухи и тайфуны станут привычным явлением. Достаточно уровню воды подняться на тысячу метров, чтобы лишь одна четверть площади материков высилась над морем скалистыми араратами. Вся остальная площадь суши будет затоплена.

Глобальное потепление отразится и на состоянии лесов планеты. Лесная растительность, как известно, может существовать в очень узких пределах температуры и влажности. Большая часть ее может погибнуть, сложная экологическая система окажется на стадии разрушения, а это повлечет за собой катастрофическое уменьшение генетического разнообразия растений.