Антропогенные воздействия на атмосферу

Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические про­блемы современности — «парниковый эффект», нарушение озо­нового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.

Охрана атмосферного воздуха — ключевая проблема оздо­ровления окружающей природной среды. Атмосферный воз­дух занимает особое положение среди других компонентов био­сферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может находиться без пищи пять недель, без воды — пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

Атмосферный воздух выполняет и сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно хо­лодного Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеоритов.

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадка­ми, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т. д. Однако в современных условиях возможности природных сис­тем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под мас­сированным натиском антропогенных загрязнений в атмосфере стали проявляться весьма нежелательные экологические по­следствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие экологические функции.

§ 1. Загрязнение атмосферного воздуха

 

Под загрязнением атмосферного воздуха следует по­нимать любое изменение его состава и свойств, которое оказы­вает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природ­ным) и антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, вы­ветривание горных цород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др. Антропо­генное загрязнение связано с выбросом различных загрязняю­щих веществ в процессе деятельности человека. По своим мас­штабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы: местное, региональ­ное и глобальное. Местное загрязнение характеризуется повы­шенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйствен­ная зона и др.) (рис. 13.1). При региональном загрязнении в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные про­странства, но не вся планета. Глобальное загрязнение связано с изменением состояния атмосферы в целом.

По -агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на: 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твер­дые (канцерогенные вещества,, свинец и его соединения, ор­ганическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещест­ва и прочие).

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной дея­тельности человека — диоксид серы (SO₂), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в об­щем объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных за­грязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди которых — формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, ам­миак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно кон­центрации главных загрязнителей (диоксид серы и др.) наи­более часто превышают допустимые уровни во многих горо­дах России.

Суммарный мировой выброс в атмосферу четырех главных загрязнителей (иоллютантов) атмосферы составил в 1990 г. — 401 млн т, а в России в 1991 г. — 26,2 млн т (табл. 13.1; The worM..., Национальный..., 1992). Кроме указанных главных загрязнителей в атмосферу попадает много других очень опас­ных токсичных веществ: свинец, ртуть, кадмий и другие тяже­лые металлы (источники выброса: автомобили, плавильные за­воды и др.); углеводороды (С^^, среди них наиболее опасен бенз(а)пирен. обладающий канцерогенным действием (выхлоп­ные газы, топка коглов и др.), альдегиды и в первую очередь формальдегид, сероводород, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры) и др.

Выброс в атмосферу главных загрязнителей (поллютантов) в мире и в России

Вещества, млнт	Диок­сид серы	Окси­ды азота	Оксид угле­рода	Твер­дые части­цы	Всего
Суммарный мировой выброс
Россия (только стационарные источники)	9,2	З1	7,6	6,4	26,2
%	9,2	4,4	4,3	11,2	6,5
Россия (с учетом всех источников), %		5,8	5,6	12,2	13,2

 

Наиболее опасное загрязнение атмосферы — радиоактив­ное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопа­ми — продуктами испытания ядерного оружия, проводивших­ся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы за­грязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации и другие источники.

Особое место занимают выбросы радиоактивных веществ из четвертого блока Чернобыльской АЭС в апреле — мае-1986 г. Если при взрыве атомной бомбы над Хиросимой (Япония) в атмосферу было выброшено 740 г радионуклидов, то в резуль­тате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. суммарный вы­брос радиоактивных веществ в атмосферу составил 77 кг.

Еще одной формой загрязнения атмосферы является ло­кальное избыточное поступление тепла от антропогенных ис­точников. Признаком теплового (термического) загрязнения ат­мосферы служат так называемые термические юны, например, «остров тепла» в городах-, потепление водоемов и т п

В целом, если судить по официальным данным на 1997— 1999 гг., уровень загрязнения атмосферного возуха в нашей стране, особенно в городах России, остается высоким, несмот­ря на значительный спад производства, что связывают прежде всего с увеличением количества автомобилей, в том числе — неисправных.

 

§ 2. Основные источники загрязнения атмосферы

 

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосфер­ного воздуха на территории России вносят следующие отрас­ли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, про­мышленные и городские котельные и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранс­порт, предприятия йветной металлургии и производство строй­материалов.

Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмо­сферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и ФРГ приходится на авто­транспорт (50—60%), тогда как на долю теплоэнергетики зна­чительно меньше, всего 16—20%.

Тепловые и атомные электростанции. Котельные уста­новки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного (ди­оксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгррания. Объем энергетиче­ских выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектро­станция мощностью 2,4 млн кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680 т SO₂ и SO₃,120— 140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота.

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает вы­бросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологично газовое топливо, которое в три раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь.

Источники загрязнения воздуха токсичными веществами на атомных электростанциях (АЭС) — радиоактивный йод, ра­диоактивные инертные газы и аэрозоли. Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы — отопительная сис­тема жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой вы­соты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентра­циях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тон­ны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители¹, как мар­ганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются па­рогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бен­зола, аммиака и других токсичных веществ. Существенно за­грязняется атмосфера также на агломерационных фабриках, при доменном и ферросплавном производствах.

Значительные выбросы отходящих газов и пыли, содержа­щих токсичные вещества, отмечаются на заводах цветной ме­таллургии при переработке свинцово-цйнгавых, медных, суль­фидных руд, при производстве алюминия и др.

Химическое производство. Выбросы этой отрасли хотя и невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности, значи­тельного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей биоты. На разнооб­разных химических производствах атмосферный воздух загряз­няют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные га­зы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т. п.).

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколь­ко сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное ко­личество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в крупных городах. Выхлопные газы дви­гателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содер­жат огромное количество токсичных соединений — бенз(а)пи-рена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бен­зина).

Наибольшее количество вредных веществ в составе отрабо­тавших газов образуется при веотрегулнрованной топливной системе автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет сни­зить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в шесть и более раз.

Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха отмечает­ся также при добыче и переработки минерального сырья, на нефте- и газоперерабатывающих заводах (рис. 13.2), при вы­бросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжи­гании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промыш­ленные комплексы по производству мяса, распыление пести­цидов и т. д.

«Каждый житель Земли — это и потенциальная жертва стра­тегических (трансграничных) загрязнений», — подчеркивает

so, s + o₂4so -»h₂so₄

H,S.

-А. Гор в книге «Земля на чаше весов» (1993). Под трансгранич­ными загрязнениями понимают загрязнения, перенесенные с территории одной страны на площадь другой. Только в 1994 г. на европейскую часть России из-за невыгодного, ее географиче­ского положения выпало 1204 тыс. т соединений серы от Ук­раины, Германии, Польши и других стран. В то же время в других странах от российских источников загрязнения выпало только 190 тыс. т серы, т. е. в 6,3 раза меньше.

 

§ 3. Экологические последствия загрязнения атмосферы

 

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здо­ровье человека и на окружающую природную среду различ­ными способами — от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различ­ных систем жизнеобеспечения организма. Во многих слу­чаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регулятор-ные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабаты­вает.

Сначала рассмотрим, как влияет на окружающую природ­ную среду локальное (местное) загрязнение атмосферы, а затем глобальное.

Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серь­ёзными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с вла­гой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Особенно четко эта связь про­слеживается при анализе детской легочной патологии и сте­пени концентрации диоксида серы в атмосфере крупных го­родов. Согласно исследованиям американских ученых, при уровне загрязнения SO₂ до 0,049 мг/м³ показатель заболе­ваемости (в человека-днях) населения Нэшвилла (США) со­ставлял 8,1 %, при 0,150—0,349 мг/м³ — 12 и в районах с загрязнением воздуха выше 0,350 мг/м³ — 43,8%. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается на пылинках и в этом виде проникает глубоко в дыхательныепути.

Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO₂), вызывает тя­желое заболевание легких — силикоз. Оксиды азота раздра­жают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболоч­ки, например, глаз, легких, участвуют в образовании ядови­тых туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и дру­гими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эф­фект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газооб­разной смеси.

Широко известно действие на человеческий организм ок­сида углерода (угарного газа). При остром отравлении появ­ляется общая слабость, головокружение, тошнота, сонли­вость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя три—семь дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает мас­совых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдаю­щих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны час­тицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, за­сорять слизистые оболочки.

Весьма неблагоприятные последствия, которые могут ска­зываться на огромном интервале времени, связаны и с таки­ми незначительными по объему выбросами, как свинец, бенз(а)пирен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологический заболевания, снижают сопротивление организма инфекци­ям и т. д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма.

Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия: от кашля до летального исхода (табл. 13.2). Тяжелые по­следствия в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма, тумана и пыли — смог. Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-андже­лесский тип).

Таблица 13.2

Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека (по X. Ф. Френчу, 1992)

Вредные ве­щества	Последствия воздействия на организм человека
Оксид углеро­да	Препятствует абсорбированию кровью кислорода, что ослабляет мыслительные способности, замед­ляет рефлексы, вызывает сонливость и может быть причиной потери сознания и смерти
Свинец	Влияет на кровеносную, нервную и мочеполовую системы; вызывает, вероятно, снижение умствен­ных способностей у детей, откладывается в костях и других тканях, поэтому опасен в течение дли­тельного времени
Оксиды азота	Могут увеличивать восприимчивость организма к вирусным заболеваниям (типа гриппа), раздража­ют легкие, вызывают бронхит и пневмонию
Озон	Раздражает слизистую оболочку органов дыхания, вызывает кашель, нарушает работу легких; снижа­ет сопротивляемость к простудным заболеваниям; может обострять хронические заболевания сердца, а также вызывать астму, бронхит
Токсичные вы­бросы (тяжелые ме­таллы)	Вызывают рак, нарушение функций половой сис­темы и дефекты у новорожденных

 

Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промыш­ленных городах при неблагоприятных погодных условиях (от­сутствие ветра и температурная инверсия). Температурная ин­версия проявляется в повышении температуры воздуха с высо­той в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300— 400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода.достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстрой­ству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. В 1952 г. в Лондоне от смога с 3 по 9 декабря погибло более 4 тыс. чело­век, до 10 тыс. человек тяжело заболели. В конце 1962 г. в Руре (ФРГ) смог убил за три дня 156 человек. Рассеять смог может только ветер, а сгладить смогоопасную ситуацию — со­кращение выбросов загрязняющих веществ. Лос-анджелесский тип смога, или фотохимический смог, не менее опасен, чем лондонский. Возникает он летом при ин­тенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насы­щенный, а вернее перенасыщенный выхлопными газами авто­мобилей. В Лос-Анджелесе, выхлопные газы более четырех миллионов автомобилей выбрасывают только оксидов азота в количестве более чем тысяча тонн в сутки. При очень слабом движении воздуха или безветрии в воздухе в этот период идут сложные реакции с образованием новых высокотоксичных за­грязнителей — фотооксидантов (озон, органические переки­си, нитриты и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения. Толь­ко в одном городе (Токио) смог вызвал отравление 10 тыс. че­ловек в 1970 г. и 28 тыс. — в 1971 г. По официальным данным, в Афинах в дни смога смертность в шесть раз выше, чем в дни относительно чистой атмосферы. В некоторых наших городах (Кемерово, Ангарск, Новокузнецк, Медногорск и др.), особен­но в тех, которые расположены в низинах, в связи с ростом числа автомобилей и увеличением выброса выхлопных газов, содержащих оксид азота, вероятность образования фотохими­ческого смога увеличивается.

Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят боль­шой вред не только человеку, но отрицательно влияют на жи­вотных, состояние растений и экосистем в целом.

В экологической литературе описаны случаи массового от- равления диких животных, птиц, насекомых при выбросах вред­ных загрязняющих веществ большой концентрации (особенно залповых). Так, например, установлено, что при оседании на медоносных растениях некоторых токсичных видов пыли наблюдается заметное повышение смертности пчел. Что касает­ся крупных животных, то находящаяся в атмосфере ядовитая пыль поражает их в основном через органы дыхания, а также поступая в организм вместе со-съеденными запыленными рас­тениями.

В растения токсичные вещества поступают различными спо­собами. Установлено, что выбросы вредных веществ действу­ют как непосредственно на зеленые части растений, попадая через устьица в ткани, разрушая хлорофилл и структуру кле­ток, так и через почву на корневую систему. Так, например, загрязнение почвы" пылью токсичных металлов, особенно в со­единении с серной кислотой, губительно действует на корне­вую систему, а через нее и на все растение.

Загрязняющие газообразные вещества по-разному влияют на состояние растительности. Одни лишь слабо повреждают листья, хвоинки, побеги (окись углерода, этилен и др.), другие действуют на растения губительно (диоксид серы, хлор, пары ртути, аммиак,.цианистый водород и др.) (табл. 13.3). Особен­но опасен для растений диоксид серы (SO₂), под воздействием которого гибнут многие деревья, и в первую очередь хвойные — сосны, ели, пихты, кедр.

Таблица 13.3

Токсичность загрязнителей воздуха для растений (Бондаренко, 1985)

Вредные вещества

Диоксид серы

Фтористый водород и

четырехфтористый

кремний

Хлор, хлористый во- дород _______

Соединения свинка, углеводороды; оксид углерода, оксиды азо­та

сероводород

Аммиак

Характеристика

Основной загрязнитель, яд для ассимиля­ционных органов растений, действует на расстоянии до 30 км

Токсичны даже в небольших количествах, склонны к образованию аэрозолей, дейст- 'вуют на расстоянии до 5 ум

Повреждают в основном на близком рас­стоянии

Заражают растительность в районах высо­кой концентрации промышленности и транспорта

Клеточный и ферментный яд

В результате воздействия высокотРксичных загрязнителей на растения отмечается замедление их роста, образование нек­роза на концах листьев и хвоинок, вы*од из строя органов ас­симиляции и т. д. Увеличение поверх#^ости поврежденных ли­стьев может привести к снижению расхода влаги из почвы, общей ее переувлажненности, что неизбежно скажется на сре­де ее обитания.

Способна ли растительность восстановиться после сниже­ния воздействия вредных загрязнякш*^их веществ? Во многом это будет зависеть от восстанавливающей способности остав­шейся зеленой массы и общего состояния природных экоси­стем. В то же время следует заметить» ^чт0 невысокие концен­трации отдельных загрязнителей не т0^{лько йе} вредят растени­ям, но и, как, например, кадмиевая corf^b» стимулируют прорас­тание семян, прирост древесины, рост некоторых органов рас­тений.

 

§ 4. Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы

 

К важнейшим экологическим последствиям глобального за­грязнения атмосферы относятся:

1) возможное потепление климата («парниковый эффект»);

2) нарушение озонового слоя;

3) выпадение кислотных дождей.

Большинство ученых в мире рассматривают их как круп­нейшие экологические проблемы современности.

Возможное потепление климата («парниковый эффект»)

В настоящее время наблюдаемое климата, кото­рое выражается в постепенном повышении среднегодовой тем­пературы, начиная со второй половины прошлого века, боль­шинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» — диоксида углерода (СО) метана (СН₄), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О₃), окси­дов азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь СО₂, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. По Г. Хефлингу (1990), атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с дру­гой — почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Зем­лей.

В связи с сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд т условного топлива) — концентрация СО₂ в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производствен в быту растет содержание фре­онов (хлорфторуглеродов). На 1—1,5% в год увеличивается со­держание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы, выделения крупным рогатым скотом и др.). В меньшей степени растет содержание в атмосфере и ок­сида азота (на 0,3% ежегодно).

Следствием увеличения концентраций этих газов, создаю­щих «парниковый эффект» является рост средней глобальной • температуры воздуха у земной поверхности. За последние 100 лет наиболее теплыми были 1980,1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В 1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4 °С выше, чем в 1950—1980 гг. Расчеты некоторых ученых показывают, что в 2005 г. она будет на 1,3 °С больше, чем в 1950—1980 гг. В докладе, подготовленном под эгидой ООН международной груп­пой по проблемам климатических изменений, утверждается, что к 2100 г. температура на Земле увеличится на 2—4 градуса. Масштабы потепления за этот относительно короткий срок бу­дут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле по­сле ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с предполагаемым повышением уровня Мирового океана, вслед-ствии таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д. Моделируя экологические последствия по­вышения уровня океана всего лишь на 0,5—2,0 м к концу XXI в., ученые установили, что это неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагопри­ятным последствиям.

Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном потеплении климата и положительные экологические послед­ствия (Вронский, 1993; Парниковый эффект..., 1989). Повы­шение концентрации СО₂ в атмосфере и связанное с ним уве­личение фотосинтеза, а также возрастание увлажнения клима­та могут, по их мнению, привести к увеличению продуктивно­сти как естественных фитоценозов (лесов, лугов, саванн и др.), так и агроценозов (культурных растений, садов, виноградни­ков и др.).

По вопросу о степени влияния парниковых газов на гло­бальное потепление климата также нет единства во мнениях. Так, в отчете Межправительственной группы экспертов по про­блеме изменения климата (1992) отмечается, что наблюдаю­щееся в последнее столетие потепление климата на 0,3—0,6 °С могло быть обусловлено преимущественно природной измен­чивостью ряда климатических факторов.

В связи с этими данными академик К. Я. Кондратьев (1993) считает, что нет никаких оснований для одностороннего увле­чения стереотипом «парникового» потепления и выдвижения задачи по сокращению выбросов парниковых газов как централь­ной в проблеме предотвращения нежелате^льных изменений гло­бального климата.

По его мнению, важнейшим фактором антропогенного воз­действия на глобальный климат является деградация биосфе­ры, а следовательно, в первую очередь необходимо заботиться о сохранении биосферы как основного фактора глобал 1.ной эко­логической безопасности. Человек, используя мощность поряд­ка 10 ТВт разрушил или сильно нарушил на 60% суши нор­мальное функционирование естественных сообществ организ­мов (Данилов-Данильян, Горшков и др., 1995). В результате из биогенного круговорота веществ изъята значительная их мас­са, которая ранее затрачивалась биотой на стабилизацию кли­матических условий. На фоне постоянного сокращения площа­дей с ненарушенными сообществами деградированная, резко снизившая свою ассимилирующую емкость, биосфера, стано­вится важнейшим источником повышенного выброса в атмо­сферу диоксида углерода Я других парниковых газов.

На международной конференции в Торонто (Канада) в 1985 г. перед энергетикой всего мира поставлена задача сокра­тить к 2005 г. на 20% промышленные выбросы углерод* в ат­мосферу. Но очевидно, что ощутимый экологический эффект может быть получен лишь при сочетании этих мер с глобаль­ным направлением экологической политики — максимально возможным сохранением сообществ организмов, природных экосистем и всей биосферы Земля.

Нарушение озонового слоя

Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной кон­центрацией озона на высоте 20—25 км. Насыщенность атмо­сферы озоном постоянно меняется % любой части планеты, дос­тигая максимума весной в приполярной области.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой бы­ло обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержа­нием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьше­ние озонового слоя практически на всей планете. Так, напри­мер, в России за последние десять лет концентрация озонового слоя снизилась на 4—6% в зимнее время и на 3% — в летнее.

В настоящее время истощение озонового слоя признано все­ми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность ат­мосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультра­фиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весь­ма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии да­же одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не слу­чайно поэтому в районах с пониженным содержанием озЪва многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение за- > болевания людей раком кожи и др. Так, например, по мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении ны­нешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком ко­жи дополнительно 6 млн человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подав­ление иммунной системы и т. д.

Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способ­ность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планк-тша приводит к разрыву трофических цепей биоты водных эко­систем, и т. д.

Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как ес­тественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более веро-тро и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеро-дов^фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распы­лители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосфе­ру, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губитель­но действующего на молекулы озона.

По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов (фре-онов) являются США— 30,85%, Япония — 12,42%, Велико­британия — 8,62% и Россия — 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн км², Япония — 3 млн км², что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее вре­мя в США и в ряде западных стран построены заводы по про­изводству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеро-дов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя.

Согласно протоколу Монреальской конференции (1990 г.), пересмотренному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене (1992 г.), предусматривалось снижение выбросов хлорфторуг-лерода к 1998 г. на 50%. Согласно ст. 56 Закона Российской Федерации об охране окружающей природной среды, в соот­ветствии с международными соглашениями, все организации и предприятия обязаны сократить и в последующем полностью прекратить производство и использование озоноразрушающих веществ. Даже если протокол будет выполнен всеми странами, необходимо продолжать решать проблему защиты людей от УФ-радиации, поскольку многие из хлорфторуглеродов мо­гут сохраняться в атмосфере сотни лет.

Ряд ученых продолжают настаивать на естественном про­исхождении «озоновой дыры». Причины ее возникновения одни видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифто-генезом и дегазацией Земли,

Кислотные дожди

Одна из важнейших экологических проблем, с которой свя­зывают окисление природной среды, —кислотные дожди. Об­разуются они при промышленных выбросах в атмосферу диок­сида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты (рис. 13.3). В ре­зультате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6). В Баварии (ФРГ) в августе 1981 г. выпадали дожди в почву Повышение кислотности почвы угле и нефти, сгорает нарушает в ней биологическое с образованием SO₂ равновесие

Вода открытых водоемов закисляется. Рыба гибнет с кислотностью рН=3,5. Максимальная зарегистрированная ки­слотность осадков в Западной Европе — рН=2,3.

Суммарные мировые антропогенные выбросы двух глав­ных загрязнителей воздуха — виновников подкисления ат­мосферной влаги — SO₂ и N0^ составляют ежегодно — бо­лее 255 млн т (1994 г.). На огромной территории природная среда закисляется, что весьма негативно отражается на со­стоянии всех экосистем. Выяснилось, что природные экоси­стемы подвергаются разрушению даже при меньшем уровне загрязнения воздуха, чем тот, который опасен для человека. «Озера и реки, лишенные рыбы, гибнущие леса — вот пе­чальные последствия индустриализации планеты» (X. Френч, 1992).

Опасность представляют, как правило, не сами кислот­ные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные веще­ства, но и токсичные тяжелые и легкие металлы

— свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или обра­зующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма нега­тивным последствиям. Например, возрастание в подкислен­ной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг на один литр летально для рыб. Резко сокращается развитие фито­планктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся менее доступными для освоения. Алюминий снижает также прирост древесины. Токсичность тяжелых металлов (кадмия, свинца и др.) про­является еще в большей степени.

Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских стра­нах страдают от действия сложной смеси загрязняющих ве­ществ, включающей кислотные дожди, озон, токсичные ме­таллы и др. Так, например, гибнут хвойные горные леса в Ба­варии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных ле­сов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость ле­сов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной нх деградации как природных эко­систем.

Ярким примером негативного воздействия кислотных осад­ков на природные экосистемы является закисление озер. Осо­бенно интенсивно оно происходит в Канаде, Швеции, Норве­гии и на юге Финляндии (табл. 13.4). Объясняется это тем, что значительная часть выбросов серы в таких промышленно развитых странах, как США, ФРГ и Великобритании, выпа­дают именно на их территории (pnct 13.4); Наиболее уязвимы в этих странах озера, таr как коренные породы, слагающие их ложе, обычно представлены гранитб-гнейсами и гранитами, не способными нейтрализовать кислотные осадки, в отличие, например, от известняков, которые создают щелочную среду и препятствуют закислению. Сильно зекислены и многие озера на севере США.

Закисление озер опасно не только для популяций различ­ных видов рыб (в том числе лососевых, сиговых и др.), но часто влечет за собой постепенную гибель планктона, многочис­ленных видов водорослей и других его обитателей. Озера ста­новятся практически безжизненными.

 

Таблица 13.4 Закисление озер в мире (по данным «XX век; последние 10 лет», 1992)

Страна	Состояние озер
Канада	Более 14 тыс. озер сильно закислены; каждому седь­мому озеру на востоке страны нанесен биологический ущерб
Норвегия	В водоемах общей площадью 13 тыс. км2 уничтожена рыба и еще на 20 тыс. км2 - поражена
Швеция	В 14 тыс. озер уничтожены наиболее чувствительные к уровню кислотности виды; 2 200 озер практически без­жизненны
Финлян­дия	8 % озер не обладают способностью к нейтрализации кислоты. Наиболее закисленные озера -в южной части страны ^
США	В стране около 1 тью. подкисленных озер и 3 тыс. поч­ти кислотных (данные фонда охраны окружающей сре­ды). Исследования АООС в 1984 г. показали, что 522 озера имеют сильную кислотную среду и 964 находятся на грани этого

 

В нашей стране площадь значительного закисления от вы­падения кислотных осадков достигает несколько десятков мил­лионов гектаров. Отмечены и частные случаи закисления озер (Карелия и др.). Повышенная кислотность осадков наблюдает­ся вдоль западной границы (трансграничный перенос серы и других загрязняющих веществ) и на территории ряда крупных промышленных районов, а также фрагментарно на побережье Таймыра и Якутии.