Экологические проблемы и их влияние на БЖД

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Экологические проблемы и их влияние на БЖД

Экологические проблемы в начале 21 века стали одними из самых острейших. Неоспорим тот факт, что все более интенсивно потребляя природные ресурсы с помощью колоссально возрастающих по своей мощи технических средств, человечество неизмеримо улучшило условия развития своей цивилизации и своего рода как биологического вида. Вмешательство человека во все сферы природы вызывает резкое ухудшение состояния экологических систем, нередко даже гибель уникальных природных комплексов, сокращение и исчезновение популяций отдельных видов растений и животных, опасность необратимых изменений в структурах географических сфер, которые могут привести к непрогнозируемым отрицательным последствиям. Время стихийного, безоглядного использования природных ресурсов уже прошло. Природопользование должно осуществляться исключительно на научной основе, с учетом всех сложных процессов, происходящих в окружающей среде.
Слово «экология» образовано от греческого и означает дом (жилище, местообитание, убежище) и «logos» – наука. В буквальном смысле экология – это наука об организмах «у себя дома». Наука, в которой особое внимание уделяется «совокупности или характеру связей между организмами и окружающей средой». В настоящее время большинство исследователей считает, что экология – это наука, изучающая отношения живых организмов между собой и окружающей средой, или наука, изучающая условия существования живых организмов, взаимосвязи со средой, в которой они обитают. Сам термин «экология» для новой области знаний впервые был предложен немецким зоологом Э. Геккелем в 1866 г.
Экология приобрела практический интерес еще на заре развития человечества. В примитивном обществе каждый индивидуум для того, чтобы выжить, должен был иметь определенные знания об окружающей его среде, о силах природы, растениях и животных. Можно утверждать, что цивилизация возникла тогда, когда человек научился использовать огонь и другие средства и орудия, позволяющие ему изменять среду своего обитания.
Аристотель (384-322 гг. до н.э.) в своей «Истории животных» описал более 500 видов известных ему животных, рассказал о их поведении. Так начинался первый этап развития науки – накопление фактического материала и первый опыт его систематизации. По мере развития зоологии и ботаники происходило накопление фактов экологического содержания.
Второй этап связан с крупномасштабными ботанико-географическими исследованиями в природе. На этом этапе большой вклад в развитие экологии как науки внесли А. Гумбольт (1769-1859), Жан Батист Ламарк (1744-1829) и др.
Дальнейшее развитие науки экологии произошло на базе эволюционного учения Ч. Дарвина (1809-1882). Он по праву является одним из пионеров экологии. В книге «Происхождение видов» (1859) им показано, что «борьба за существование» в природе приводит к естественному отбору и является движущим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды – большая самостоятельная область исследований. Победа эволюционного учения в биологии открыла, таким образом, третий этап в истории экологии. Проблему взаимодействия живых организмов с неживой природой подробно разработал В.И. Вернадский (1863-1945) в 1926 году, подготовив условия для понятия единого целого биологических организмов с физической средой их обитания.
Экология – это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов в их естественной среде обитания, с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.
Основным содержанием современной экологии является исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой и изучение функционирования биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем), биосферы, их продуктивности и энергетики.

Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы и их динамика во времени и пространстве.

Основные задачи экологии могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биоценозах и экосистемах. Структура биоценозов, на уровне формирования которых происходит освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному использованию жизненных ресурсов. С этой точки зрения, главная задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.
Экологическая безопасность обычно определяется как состояние защищенности человека от воздействия негативных факторов природной среды. Поскольку человек является сам частью природы, то в качестве самостоятельного источника экологической опасности надо считать недостаточность или истощение природных средств существования.
Экологическую опасность для человека можно условно разделить по факторам воздействия на него на три группы.
К первой группе факторов, способных непосредственно угрожать человеку, относят природные факторы, от которых человек вынужден защищаться: погодные, природные явления (извержения вулканов, ураганы, смерчи, оползни, землетрясения, космические излучения и пр.).
Вторая группа опасных экологических факторов (опосредованного действия) представляет собой отрицательные проявления деятельности человека по использованию природных объектов в своих интересах (воздействие радиоактивной, химической энергии, заражение природной среды различными опасными для человека веществами: гербициды, пестициды и т.д.).
Третья группа опасных экологических факторов характеризует недостаточность природных ресурсов для обеспечения безопасных условий жизнедеятельности человека, что обусловливает ухудшение качества предоставляемых человеку средств существования. Так, недостаток плодородных почв вызывает их интенсивную химизацию для увеличения объема получаемой в дальнейшем пищи. При этом ухудшается качество продукта, а его употребление сказывается на здоровье человека.
Рассмотрим основные экологические проблемы, непосредственно влияющие на безопасность жизнедеятельности человека.
Хозяйственная деятельность человека. Человечество является частью биосферы, продуктом ее эволюции. Однако взаимоотношения человека и природных сообществ никогда не были безоблачными. С момента изготовления первого примитивного орудия человек уже не довольствуется предметами, созданными природой, а начинает изготавливать, вводить в свой обиход предметы, вещества и т.д., которые находятся за пределами естественного биологического круговорота. Возникновение цивилизации есть следствие возникновения сферы надбиологических потребностей и материальных технологий. Охотничья деятельность древнего человека, несомненно, ускорила вымирание многих крупных травоядных животных, поджигание растительности способствовало опустыниванию территорий. Человек начал менять и разрушать целые сообщества с переходом к скотоводству и земледелию: численность домашних копытных превышает емкость среды, потребляемая ими степная растительность уже не успевает возобновляться. Степь или саванна сменяются полупустыней (Сахара, Сахеля).
В ходе развития земледелия неправильная распашка приводила к потере плодородного слоя, который уносился водой или ветром (целинные земли Казахстана), а избыточное орошение вызывало засоление почв.
Таким образом, уже в древности человек вызывал массовые вымирания, нарушение сукцессионных рядов, замены одного сообщества другим.
За последние сто лет произошли два важных сдвига. Во-первых, резко увеличилась численность населения Земли. Во-вторых, еще более резко выросло промышленное производство, производство энергии и продуктов сельского хозяйства. Человечество стало оказывать заметное воздействие на функционирование всей биосферы. Критическую ситуацию в конце 20 и начале 21 века образуют следующие негативные тенденции:
1. Потребление ресурсов Земли настолько превысило темпы их естественного воспроизводства, что истощение природных богатств стало оказывать заметное влияние на их использование, на национальную и мировую экономику и привело к необратимому обеднению литосферы и биосферы.
2. Отходы, побочные продукты производства и быта загрязняют биосферу, вызывают деформации экологических систем, нарушают глобальный круговорот веществ и создают угрозу для безопасных условий жизнедеятельности человека.
Рост народонаселения. Отклонением от закономерностей равновесия в живой природе стал ускоряющийся рост народонаселения Земли. Число особей какого-либо вида, по биологическим законам, зависит от потенциала размножения, продолжительности жизни, широты приспособительных возможностей и регулируется естественным отбором.
Приблизительно до начала 18 века человечество увеличивалось медленно, со средней скоростью около одного процента за столетие, что соответствует удвоению численности за тысячу лет. В дальнейшем скорость прироста начинает увеличиваться и к середине 20 столетия приобретает гиперэкспоненциальный характер. В 1969 г. население мира увеличивалось на 2% в год, прирост составил около 70 млн. человек, или 150 человек в минуту. В 1989 г. прирост в 1,8% от численности возросшего населения дал уже 90 млн. человек (179 человек в минуту) или больше, чем когда-либо за всю предыдущую историю человечества. В конце 20 века каждое десятилетие добавляет к общей численности еще 1 млрд. человек. В конце 1992 года население Земли составляло 5,6 млрд. человек, а к 2000 году превысило 6 млрд. человек. Этот стремительный рост называют демографическим взрывом.
Тенденция увеличения численности населения Земли, по всей видимости, будет сохраняться и в первой половине 21 столетия. Основная доля прироста населения приходится и будет приходиться в будущем на развивающиеся страны.
Рост народонаселения требует увеличения продуктов питания, создания новых рабочих мест и расширения промышленного производства. Так, в конце 20 века ежедневно требуется всем людям Земли около 2 млн. т пищи, 10 млн. куб. метров питьевой воды, 2 млрд. куб. м кислорода для дыхания. Всеми отраслями человеческого хозяйства ежедневно добывается почти 300 млн. т веществ и материалов, сжигается около 30 млн. т топлива, используется 2 млрд. куб. м воды и 65 млрд. куб. м кислорода. Так как все это сопровождается расходованием природных ресурсов и массированным загрязнением среды, то главной причиной противоречий оказывается именно количественная экспансия человеческого общества – высший уровень и быстрое нарастание совокупной антропогенной нагрузки на природу, усиление его разрушающего воздействия. Все это имеет не только экологические, но и социально-биологические и экономические последствия.
Изменение состава атмосферы и климата. Наиболее разрушительно из воздействий деятельности человека на сообщества – выделение загрязнителей. Загрязнителем является любое вещество, попадающее в атмосферу, почву или природные воды и нарушающее идущие там биологические, иногда химические и физические процессы. Вследствие деятельности человека в атмосферу поступают углекислый газ СО2, угарный газ СО, диоксид серы SO2, метан СН4, оксиды азота NО2, NO, N2O. Основные причины этого – сжигание ископаемого топлива, выжигание лесов и выбросы промышленных предприятий.
За счет газов антропогенного происхождения образуются кислотные осадки и смог (серная и азотная кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота). Попадая в озера, кислотные осадки нередко вызывают гибель рыб или всего животного населения. Выхлопные газы под действием солнечного света образуют смог, снижающий видимость и выделяющий озон, крайне вредный для живых организмов.
С антропогенными изменениями атмосферы связано и разрушение озонового слоя, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро процесс разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры (темп расширения – 4% в год). Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеродов (фреонов), которые широко используются в быту (аэрозоли, холодильники и пр.). Одной из причин истощения озонового слоя может быть и сведение лесов как продуцентов кислорода на Земле.
Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание углекислого газа и метана. Эти газы обусловливают «парниковый эффект» (рис. 6.1.).
Они пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере углекислого газа выросла на 25%, а метана – на 100%. Это сопровождалось глобальным повышением температуры. Так, за 80-е годы средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом 19 столетия на 0,5-0,6 градуса Цельсия. На Земле, по прогнозам, средняя температура воздуха к началу 21 века должна повыситься на 1,2 градуса Цельсия, а в ближайшие 50 лет – на 5-6 градусов по сравнению с доиндустриальной эпохой. Потепление может привести к интенсивному таянию ледников и повышению на 0,5-1,5 м уровня Мирового океана. При этом окажутся затопленными многие густонаселенные прибрежные районы. Однако в центральных районах планеты климат может стать более засушливым. Так, в конце 20 столетия в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, которые связывают с глобальным потеплением.
Таким образом, даже слабые воздействия на атмосферу могут приводить к крупным неблагоприятным последствиям для природных систем.
Загрязнение природных вод. Человечество практически полностью зависит от поверхностных вод суши – рек и озер. Эта ничтожная часть водных ресурсов (0,016%) подвергается наиболее интенсивному воздействию. Вода рек и озер покрывает потребности человека в питьевой воде, используется для орошения в сельском хозяйстве, в промышленности, служит для охлаждения атомных и тепловых электростанций. На все виды пользования тратится 2200 куб. км воды в год. Потребление воды постоянно растет, и одна из опасностей – исчерпание ее запасов.
Не менее грозное явление – загрязнение пресных водоемов. В 1991 г. в России со сточными водами было сброшено в водоемы, тыс. тонн: 1200 взвешенных веществ, 190 аммонийного азота, 58 фосфора, 50 железа, 30 нефтепродуктов, 2,1 цинка, 0,8 меди, 0,3 фенолов и т.д. Соли тяжелых металлов (ртути, свинца, цинка, меди и др.) накапливаются в иле на дне водоемов и в тканях организмов, составляющих пищевые цепи. При попадании в организм человека соли тяжелых металлов вызывают тяжелейшие отравления (пример – Нижнеисетский пруд Екатеринбурга, ставший свалкой сточных вод).
Уникальным по запасам пресной воды является озеро Байкал. Это 20% мировых запасов пресной воды (исключая льды) и более 80% запасов России. При объеме 23 тыс. куб. км в озере ежегодно воспроизводится 60 куб. км чистейшей пресной воды. Однако тревогу вызывает все возрастающее количество хозяйственных стоков, в 1990 г. оно достигло 200 млн. куб. м. Нередко стоки несут губительные для гидробионтов вещества, такие как ртуть, цинк, вольфрам, молибден.
Загрязнение водоемов происходит не только отходами промышленного производства, но и попаданием с полей в водоемы органики, минеральных удобрений, пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве. При разложении органики затрачивается кислород, в связи с этим его содержание в воде снижается и многие животные гибнут. Минеральные удобрения вызывают бурное развитие водорослей, приводящее зачастую к ухудшению качества воды и исчезновению наиболее ценных видов рыб. Многие пестициды обладают высокой устойчивостью и накапливаются в тканях организмов. При этом в организмах каждого следующего поколения их содержание повышается в несколько раз, что приводит к мутации организмов.
Научные открытия 20 столетия привели к появлению искусственных источников радиации, представляющих потенциальную опасность для человечества и всей биосферы. Так, многолетняя деятельность ПО «Маяк» (Челябинская область) привела к накоплению чрезвычайно большого количества радионуклидов и загрязнению Уральского региона. Сброс отходов радиохимического производства в 1949-1951 гг. в открытую гидрологическую систему Обского бассейна через реку Теча, а также в результате аварий 1957 и 1967 гг. составил по оценке ученых 23 млн. кюри. Радиационное загрязнение охватило территорию 25 тыс. кв. км с населением более 500 тыс. человек, (рис.6.1.).
Морские воды также подвергаются загрязнению. С реками и со стоками прибрежных промышленных и сельскохозяйственных предприятий ежегодно выносятся в моря миллионы тонн химических отходов, а с коммунальными стоками – и органических соединений. Более 20 лет военными использовались акватории вблизи Новой Земли и Кольского полуострова в качестве ядерной свалки.
Производство энергии. Потребность в энергии является одной из основных жизненных потребностей человека. В конце 20 столетия электроэнергию главным образом получают на гидроэлектростанциях, тепловых и атомных станциях. Считалось, что гидроэлектростанции являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вреда природе. В России построили крупнейшие ГЭС на основных великих реках. Этим строительством, как теперь стало ясно, нанесен большой урон не только природе, но и человеку:
1. Строительство плотин на равнинных реках вызывает затопление больших территорий под водохранилища, что связано с переселением людей и потерей пахотных земель, лугов и пастбищ.
2. Плотина, перегораживая реку, создает непреодолимые препятствия для миграции рыб, которые поднимаются на нерест в верховья рек.
3. В хранилищах вода застаивается, проточность ее замедляется, что сказывается на жизни всех организмов, обитающих в реке и у реки.
4. Местное повышение воды оказывает влияние на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию, а также к эрозии берегов и оползням.
5. Крупные высотные плотины на горных реках представляют собой источники опасности, особенно в районах с высокой сейсмичностью. В мировой практике известны случаи, когда прорыв таких плотин приводил к большим разрушениям и гибели сотен и тысяч людей.
Опаснейшими загрязнителями природной среды являются ТЭЦ, на которых сжигаются огромные объемы топлива.
Долгие годы считалось, что АЭС являются более чистыми, чем ГЭС и ТЭЦ. Однако они таят в себе большую потенциальную опасность в случае аварий реактора. При взрыве на Чернобыльской АЭС в 1986 г. из разрушенного реактора было выброшено 7,5 тонны ядерного топлива и продуктов деления с суммарной активностью не менее 50 млн. кюри.
Таким образом, энергетика ставит сложнейшие экологические проблемы.
Сведение лесов. Сведение лесов – одна из важнейших глобальных экологических проблем современности. В функционировании природных экосистем роль лесных сообществ огромна. Лес поглощает атмосферное загрязнение антропогенного происхождения, защищает почву от эрозии, регулирует сток поверхностных вод, препятствует снижению уровня грунтовых вод и т.д. Уменьшение площади лесов вызывает нарушение круговоротов кислорода и углерода в биосфере. Россия имеет самую большую в мире площадь лесов (5 га на человека), однако используется это богатство неэффективно. Массовые экстенсивные лесозаготовки, базирующиеся на сплошных вырубках, к концу 20 века охватили по существу весь гослесофонд страны. Эти рубки подрывают основы лесного воспроизводства. Сведение лесов влечет за собой гибель их богатейших фауны и флоры.
Истощение и загрязнение почвы. Почвы являются еще одним ресурсом, который подвергается чрезмерной эксплуатации. Плодородный слой при неправильной распашке часто смывается выпадающими осадками (водная эрозия) или развеивается ветром (ветровая эрозия), происходит образование оврагов. Эрозия почвы в 20 столетии стала всемирным злом. В результате ее в этот период на планете потеряно 2 млрд. га плодородных земель.
Избыточное орошение, в первую очередь в условиях жаркого климата, вызывает засоление почв. Это тоже одна из причин выпадения пахотных земель из сельскохозяйственного оборота.
Большую опасность несет радиоактивное заражение почвы, особенно долгоживущими элементами. Радиоактивные вещества из почв попадают в растения, затем в организмы животных и человека, вызывая различные заболевания.
Сокращение природного разнообразия. Чрезвычайная эксплуатация, загрязнение, а зачастую и просто варварское уничтожение природных сообществ приводят к резкому снижению разнообразия живого. С лица Земли за последние 300 лет исчезло больше видов птиц и млекопитающих, чем за предшествующие 10 000 лет.
В нарушенных, обедненных из-за воздействия человека сообществах в наше время уже возникают новые виды с непредсказуемыми свойствами. Следует ожидать, что этот процесс будет лавинообразно нарастать. При внедрении этих видов в «старые» сообщества может произойти разрушение последних и наступить экологический кризис.
Законы взаимоотношений человек – природа (экологические законы):
1. Закон обратной связи взаимодействия человек – биосфера: «Ничто не дается даром». Ход исторических изменений связей между природой и человеком приводит к одновременным переменам в природе и в формах хозяйства. Формы хозяйства, меняясь вследствие затруднений, происходящих от перемен в природе, в свою очередь вызывают цепные реакции в природе, т.е. наблюдается обратная связь.
2. Закон незаменимости биосферы: «Нет никаких оснований для надежд на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды с той же степенью точности, что и естественные сообщества» (природа знает лучше).
3. Закон обратимости биосферы: «Биосфера стремится к восстановлению экологического равновесия тем сильнее, чем больше давление на нее» (все куда-то должно деваться). Это стремление продолжается до достижения экосистемами климаксовых фаз развития.
4. Закон необратимости взаимодействия человек – биосфера: «Возобновимые природные ресурсы делаются невозобновимыми в случае глубокого изменения среды, доходящей до поголовного уничтожения или крайнего истощения» (все связано со всем).
Современная цивилизация и культура не обеспечивают стабильности условий существования на Земле ни жизни, ни человека как ее части. Это заключение находит отражение в правиле меры преобразования природных систем: в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойство самоподдержания (самоорганизации и саморегуляции).