Основные изменения в XX в. XX в. оказался самым бурным и неспокойным веком для человечества, веком разительных социальных перемен, экономических и экологических изменений. К его началу человечество пришло с экономикой, которая производила валовой мировой продукт в объеме 60 млрд долл., т. е. именно такой экономический потенциал был создан человечеством до XX в. (табл. 4.1).
Таблица 4.1. Изменение масштабов хозяйственной деятельности и глобальной экосистемы
| Показатель | Начало XX в. | Конец XX в. |
| Валовой мировой продукт, млрд долл. | ||
| Численность населения, млрд человек | 1,0 | 6,0 |
| Потребление пресной воды, млрд м3 | ||
| Потребление чистой продукции биоты, % | ||
| Сокращение числа видов, % | - | |
| Площадь, нарушенная хозяйственной деятельностью, % | ||
| Потребление энергии | Возросло в 12 раз (удвоение каждые 25 лет) |
К концу XX в. экономика создавала такой продукт всего за один день, т. е. всего за одно столетие темпы роста экономики возросли в сотни раз. Это сопровождалось невиданным ростом народонаселения, которое увеличилось в 6 раз.
Основной и единственный источник этого роста - природные ресурсы, биоресурсы, природа Земли.
Основные тенденции, просматриваемые в XX веке, следующие:
- сокращение площади экосистем со скоростью 1 % в год, сохранилось не более 40 % незатронутых площадей;
- изменение концентрации парниковых газов (СО2) в атмосфере (увеличение в несколько раз);
- истощение озонового слоя на 1-2 % в год, появление озоновых дыр;
- сокращение площади лесов, особенно тропических (200 тыс. км/год);
- расширение площади пустынь (60 тыс. км/год);
- деградация земель (засоление почв, снижение плодородия, эрозия почвы);
- повышение уровня океана (от 2 мм до 1 см в год);
- увеличение техногенных аварий и катастроф (рост ущерба и числа жертв на 5-10 % в год);
- исчезновение биологических видов (в год исчезает от 5 до 150 тыс. видов примерно из 20 млн);
- накопление вредных веществ в воде, почве, воздухе;
- увеличение потребления пресной воды;
- появление и увеличение интенсивности вредных физических полей (шум, инфразвук, электромагнитные поля);
- изменение климата (глобальное потепление);
- ухудшение качества жизни (генетические и новые заболевания, понижение иммунного статуса).
Тенденции, к сожалению, сохранятся и в XXI в., в котором темпы этих изменений могут только возрастать.
Центры экологической дестабилизации. Основным следствием хозяйственной деятельности человека служит нарушение им естественных экосистем на суше.
По степени нарушенности экосистем различают территории:
- ненарушенные: наличие естественного растительного покрова и плотность населения не более 10 чел. на 1 км2;
- частично нарушенные: наличие вторичной, но естественно восстанавливаемой растительности, следов деятельности человека, например рубки леса;
- нарушенные: наличие постоянных сельскохозяйственных угодий и городских поселений, отсутствие естественной растительности и даже деградация земель, например расширение площади пустынь.
На нарушенных территориях (табл. 4.2) идет распад остатков экосистем, не успевает восстанавливаться устойчивое состояние, идет непрерывный распад органического вещества, нарушен нормальный сбалансированный оборот биогенных веществ, что вынуждает затрачивать дополнительную энергию для его поддержания и для очистки окружающей среды. Например, в странах с самым большим вложением энергии в единицу площади (Нидерландах) территория полностью перестроена человеком и не осталось места для естественных экосистем.
Таблица 4.2. Площади с нарушенными экосистемами
| Континент | Общая площадь, млн км2, примерно | Территория, % | ||
| ненарушенная | частично нарушенная | нарушенная | ||
| Европа | ||||
| Евразия | ||||
| Африка | ||||
| С. Америка | ||||
| Ю. Америка | 62,5 | 22,5 | ||
| Австралия | 8,5 | |||
| И Т О Г О |
На Земле осталось (за вычетом ледников и скал) около 50 млн км2 ненарушенных территорий. В наибольшей степени экосистемы нарушены в Европе, Северной Америке и частично в Евразии. Во многих странах этих регионов сельскохозяйственные угодья, населенные пункты и хозяйственная инфраструктура занимают от 40 до 80 % их территории. Это относится к США, Великобритании, Нидерландам, Японии и другим странам.
В Северном полушарии сформировались три центра экологической деградации, тесно связанных с ростом плотности населения:
Североамериканский (США, Мексика, частично Канада) - 6 млн км2;
Европейский (Западная, Центральная и Восточная Европа со странами Балтии, Европейская часть России) - 7 млн км2;
Азиатский центр (Индостан, Китай без Тибета, Япония, Корея, Филиппины, Цейлон, Бирма, Малайзия) - 7 млн км2.
На Земле пока сохранились центры стабилизации окружающей среды, в число которых входят:
Северный Евроазиатский (Скандинавия, Север России, Западная и Восточная Сибирь, Дальний Восток) - около 13 млн км2 (тайга и лесотундра);
Североамериканский (Аляска, Канада) - 9 млн км2;
Южноамериканский (Амазонка) - 1 млн км2;
Австралийский - 4 млн км2.
Вне суши самым мощным центром стабилизации окружающей среды служит Мировой океан с пока сохранившимися естественными экосистемами.
Потеря биоты биосферы. Для своего существования биота получает энергию от Солнца. 89 % всей органики потребляют микроорганизмы, менее 10 % - насекомые и мелкие животные, крупные животные и человек потребляют менее 1 %. За последние 100 лет человек уничтожил больший объем органической продукции, чем было создано за сотни миллионов лет. Человек потребляет примерно 30 % фотосинтезированной продукции, что ведет к уничтожению биомассы, опустыниванию и пр. При таком интенсивном освоении и уничтожении человеком биоты диким животным не остается пищи для существования, а диким растениям - пространства для воспроизводства. По имеющимся данным при потере 50 % экологического пространства исчезает 10 % видов.
Всего на Земле существуют от 5 до 30 млн видов, научно описано около 1,5 млн. По различным оценкам к концу XX в. исчезает ежегодно от 5 тыс. до 150 тыс. видов. Конечно, в своей практической деятельности человек использует очень ограниченное число видов биологических организмов. Но очевидно, что любой вид выполняет на Земле определенные регулирующие и стабилизирующие функции. Исчезновение вида понижает порог устойчивости окружающей среды, поскольку именно с ней связано сохранение биоразнообразия. Единственный залог этой устойчивости - сохранение на Земле центров стабилизации.
Наиболее яркие примеры уничтожения биоты - истребление лесов, преобразование естественных растительных покровов в сельскохозяйственные и другие угодья. Масштабы уничтожения лесов колоссальны: за 10 тыс. лет ликвидировано почти 50 % лесов на Земле. Вырубка лесов идет с темпами 50 га в минуту. Наибольшая опасность для человечества - возможное уничтожение через 40 лет лесов в Амазонии.
Химизация Земли и загрязнение атмосферы. При любом уничтожении растительных организмов в атмосферу выбрасывается углекислый газ; земли, находящиеся в сельскохозяйственном обороте, насыщаются химическими веществами (пестицидами, удобрениями). Сейчас в массовых масштабах производится около 5 тыс. синтезируемых веществ, причем около 80 % их не оценены человеком с точки зрения токсичности, воздействия на окружающую среду.
Человек выбрасывает в окружающую среду большое количество отходов: пластмассы, тяжелые металлы, которые или по массе превышают естественный оборот (свинец, железо), или вообще отсутствуют в биосфере, поэтому природа не перерабатывает их или перерабатывает с трудом. Самые массовые отходы связаны с производством энергии и транспортом. Сжигание топлива, движение автомобилей приводят к выбросам СО, оксидов азота NО, диоксида серы SO2, углеводородов.
Загрязнение атмосферы носит многообразный характер. К основным видам загрязнений следует отнести: техногенные загрязнения вредными веществами; глобальные антропогенные выбросы углекислого газа; кислотные дожди; нарушение озонового слоя; радиоактивные загрязнения. Основными загрязнителями воздуха являются твердые частицы (пыль, сажа), окись углерода, окислы азота, углеводороды, свинец и другие металлы.
Загрязнение атмосферы вредными веществами (ВВ) вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические заболевания, свинцовые отравления, возможен летальный исход. Объем выбросов ВВ в атмосферу чрезвычайно велик, в частности ежегодно выбрасывается примерно 150 млн т твердых веществ, 400 млн т окиси углерода, 100 млн т окислов азота.
Основной загрязнитель атмосферы - транспорт, особенно автомобильный. На долю автомобилей приходится 25 % сжигаемого топлива, один автомобиль за время своего существования выбрасывает до 10 т СО; (всего в мире 700 млн автомобилей).
Наибольшая загрязненность в индустриальных регионах: около 90 % выбросов ВВ приходится на 10 % территории суши (Северная Америка, Европа, Восточная Азия), особенно на крупные города, где по многим ВВ превышены предельно допустимые концентрации. Примерно 20 % человечества дышит воздухом, в котором концентрация ВВ превышает ПДК (ПДК - допустимое количество ВВ в воздухе, не влияющее на здоровье человека).
Особенно вредным по массе и распространенности вредных эффектов является диоксид серы, образуемый при окислении серы, содержащейся в топливе. Растворение в атмосферной влаге приводит к кислотным дождям, которые воздействуют на леса, почвы, здоровье человека. Особенно распространены кислотные дожди в районах Южной Канады, Северной Европы, на Урале, прежде всего в районе Норильска.
Особенностью переноса ВВ в атмосфере является наличие трансграничного загрязнения - загрязнения среды, охватывающего территорию нескольких государств или целые континенты и формирующегося за счет трансграничного переноса загрязнителей. В настоящее время эта проблема особо актуальна для России, подвергающейся непрерывным трансграничным загрязнениям с западных границ. Эта проблема также актуальна и для Канады.
Глобальные изменения климата. С начала XX в. наблюдается рост концентрации в атмосфере парниковых газов, в первую очередь углекислого газа, в результате чего приземная температура повысилась на 1°С. Тенденция потепления сохраняется, и по прогнозам через 100 лет, когда концентрация СО на Земле должна удвоиться, потепление составит еще 3 °С. Уже в начале XXI в. ученые прогнозируют повсеместные цунами, тайфуны, наводнения. А в XXII в. потепление составит 5...10 °С и станет необратимым, возможно, вызвав последний великий потоп. Таким образом, те изменения климата, которые малозаметны в XX в., могут стать гибельными для человечества в XXII в.
Разрушение озонового слоя Земли. Озоновый слой, максимум концентрации которого находится на высоте 10...25 км в тропосфере, предохраняет жизнь на Земле от смертельных ультрафиолетовых излучений. Разрушают его оксиды азота, особенно хлор-фторуглероды, которые в природных системах практически отсутствуют. Изменение толщины озонового слоя всего на 1 % увеличивает интенсивность ультрафиолетового излучения на 2 %, а риск заболеваний раком кожи - на 3...6 %. Ультрафиолетовое излучение особо воздействует на фитопланктон, расположенный в поверхностном слое Мирового океана, а также на культурные растения. Масштабы уничтожения озонового слоя таковы, что над некоторыми регионами, например Австралией, Антарктидой и др., образовались озоновые дыры; тенденция к уменьшению слоя озона фиксируется для всех географических районов Земли.
Твердые и опасные отходы. К концу XX в. на Земле утилизировалось в год 3,5 млрд т нефти, 5,5 млрд т угля, 2,5 млрд т металла, 3 млрд м3 древесины и т. п. Основными потребителями служат развитые страны, которые при населении 1 млрд человек расходуют более 50 % энергии, 70 % металлов и порождают 75 % (3/4) всех отходов, значительная доля которых (древесины, металлических руд и пр.) остается в странах - поставщиках сырья. Многоотходные производства (выплавка железа, алюминия) перемещаются в слаборазвитые страны. В среднем масса отходов на человека в мире составляет 50 т/год, в ФРГ - 10 т, в Японии - 4 т. Например, в Европе масса отходов такова, что ими можно покрыть всю ее территорию слоем толщиной 10 см (около 1 млн т).
Химические отходы - это бомбы замедленного действия. В год образуется 500 млн т опасных отходов, из них 50 % в США. На втором месте по количеству отходов находится Россия, на третьем - Индия. Вредные отходы содержат тяжелые металлы (свинец, кадмий, ртуть), которые, накапливаясь в организме человека (печень, почки), вызывают отравление, болезни, снижение репродуктивной функции.
Наиболее опасны радиоактивные отходы. Первая атомная бомба была взорвана более 55 лет назад (1945 г.), с тех пор в мире было произведено более 2 тыс. взрывов. В результате радиоактивный фон планеты повысился на 2 %.
Проблема уничтожения радиоактивных отходов от деятельности АЭС, атомных подводных лодок и других не решена. Вначале была предпринята попытка захоронения радиоактивных отходов в океане, куда до запрещения было сброшено несколько сот тысяч контейнеров. Сейчас на суше накопилось более 10 млн м3 радиоактивных отходов (США, Россия, Канада, Франция и др.). Захоронение радиоактивных отходов - опасное и очень дорогое мероприятие, не гарантирующее полной безопасности.
Загрязнение вод. Пресная вода в биосфере составляет всего 2 %, из которых 99 % составляет лед. В реках и озерах содержится всего 90 тыс. км3 пресной воды, потребление пресной воды человечеством составляет 4 тыс. км3 в год (70 % - сельское хозяйство, 30 % - промышленность и коммунальное хозяйство). Истощение запасов пресной воды наступит через несколько десятков лет.
Пресная вода повсеместно загрязнена, общая масса загрязнителей составляет более 15 млрд т в год. Наиболее опасные загрязнители - тяжелые металлы, фенолы, пестициды, поверхностно-активные вещества, нефтепродукты. Загрязнения воды вызывают рак, кариес, эпидемии, умственную отсталость.
Исчерпание природных ресурсов. Все природные ресурсы делятся на неисчерпаемые и исчерпаемые. К неисчерпаемым относятся ресурсы космического происхождения: энергия солнечного излучения и ее производные (энергия движущегося воздуха, энергия воды). Исчерпаемые ресурсы - животный и растительный мир Земли, полезные ископаемые. Многие исчерпаемые ресурсы находятся под угрозой исчезновения. Расчеты показывают, что при наметившихся тенденциях развития человечества через 100 лет исчезнут запасы пресной воды, кислорода в атмосфере (его количество ежегодно уменьшается на 10...12 млрд т из-за вырубки лесов), древесины, полезных ископаемых (угля, нефти, газа, железа и пр.), плодородных земель (только в XX в. из-за эрозии потеряно около 2 млрд га, т. е. столько, сколько находится в настоящее время под пашнями и пастбищами).
Обеспеченность экономики природными ресурсами, характеризующая ее эффективность. Основным показателем экономики является валовой национальный продукт (ВНП) - рыночная стоимость всех товаров и услуг, произведенных в течение года. Чем больше ВНП, тем больше изъятие природных ресурсов. Рост экономики происходит по экспоненте. Сейчас ВНП США составляет более 30 % мирового и удваивается каждые 8 лет. Экспоненциальный рост ВНП свидетельствует и об экспоненциальном росте изъятия природных ресурсов и загрязнения природы. С этой точки зрения в XXI в. Россия имеет колоссальные преимущества почти перед всеми странами, обладая 30 % запасов полезных ископаемых, 20 % биоты, 50 % запасов пресной воды, 20 % всех лесов мира. Уникальность России - ее резерв на будущее и величайшая для нее опасность из-за необходимости защищать эти богатства. В наиболее сложном положении в XXI в. могут оказаться развитые страны, которые экологический кризис затронет больше всего.
Энергетические проблемы. Громадное влияние на состояние окружающей среды оказывает энергетика. Ни одна технология не может быть реализована без затрат энергии. С середины 50-х гг. XX в. потребление энергии резко возросло, изменилась структура энергетики. Увеличение потребления энергии вызвало истощение природных ресурсов. Казавшиеся еще недавно неистощимыми запасы нефти, угля, газа тают на глазах, а освоение новых месторождений становится все дороже. Буквально за последние годы в энергетике произошли две революции: уголь уступил место нефтепродуктам, а нефть уступает место природному газу. При этом в энергетике превалирует технология, связанная со сжиганием ископаемого топлива (табл. 4.3).
Таблица 4.3. Структура современной энергетики и ее экологические последствия
| Энергетическая технология | Доля в мировом производстве, % | Экологические последствия |
| Сжигание ископаемого топлива | Выбросы пыли, углекислого газа, уничтожение природных ресурсов | |
| Ядерная энергетика | Опасность радиоактивного заражения, проблема отходов | |
| Гидроэнергетика | Затопление природных территорий | |
| Гелиоэнергетика | 0,1 | Экологически чистая, не требует использования больших площадей |
| Ветроэнергетика | 0,2...0,3 | Повышенный шум, инфразвук |
Особенно опасна ядерная энергетика. Так, аварии на АЭС «Три Майл Айленд» в США и на Чернобыльской АЭС принесли несколько миллиардов долларов прямых убытков и до триллиона долларов косвенных. Остается нерешенной проблема ядерных отходов. Проблема не только в их эффективном захоронении, главное - то, что многие радиоактивные изотопы, возникающие в ядерной промышленности, противоестественны и крайне опасны для жизни: долгие годы разрушают организмы и их генетические программы. Самое главное, что биота не может справиться с радиоактивными загрязнениями. Ядерная энергетика до Чернобыльской трагедии считалась малоопасной, а главное, вполне приемлемой альтернативой ископаемому топливу как высокоэффективная технология. Особенно развита в Японии, Франции, где создаются блоки АЭС с высокой степенью безопасности. Сейчас в мире работают свыше 400 блоков АЭС, но человечество не имеет единой точки зрения на будущее атомной энергетики. Швеция в 2000 г. закрыла свои 6 АЭС, а Армения вынуждена открыть свою законсервированную АЭС из-за глубокого экономического кризиса.
Гидроэнергетика (особенно развита в России, Китае, Египте, Бразилии, США) связана с глобальными воздействиями на окружающую среду вследствие затопления миллионов гектаров территорий.
Такие виды энергии, как солнечная, ветровая, океаническая, геотермальная и др., являются возобновляемыми. Они считаются экологически чистыми, но также отрицательно воздействуют на окружающую среду. Самые крупные солнечные электростанции (СЭС) функционируют в Калифорнии. Они есть в Испании, Италии, Израиле, Японии. Использование солнечной энергии ограничено районами, где велико число солнечных дней. Эта энергия очень дорогая и пока не находит широкого использования. Приливные электростанции построены во Франции, очень перспективны в России (например, в Охотском море). Геотермальные электростанции задействованы в США, Мексике, Японии. Ветровые электрогенераторы широко используются в Дании, Нидерландах, США, Швеции.
Все альтернативные виды энергии в обозримом будущем не могут составить конкуренции ГЭС и ТЭС.
Наиболее экстремальная и неэкологическая ниша современного человечества - город. В городах живет свыше 50 % населения планеты, за последние 50 лет численность населения в городах увеличилась в 3,5 раза. Преобладающую роль играет рост крупных городов: в мире более 350 городов с населением свыше 1 млн человек, в том числе 5 (Нью-Йорк, Гонконг, Мехико, Москва, Париж) - более 10 млн. Характерной чертой современной цивилизации является процесс урбанизации (табл. 4.4).
Для экологии человека в городе характерны изоляция от естественных природных факторов, ухудшение качества среды обитания. Городская среда при ее комфорте оказывает негативное влияние на здоровье человека из-за загрязнения внешней среды.
Таблица 4.4. Рост населения городов
| Население, млрд чел. | 1950 г. | 1970 г. | 1990 г. |
| Земли | 2,5 | 3,7 | 5,3 |
| Городское | 0,7 | 1,4 | 2,3 |
| Их соотношение, % |
Окружающая среда и здоровье человека. На здоровье человека влияют многие экологические факторы: загрязнение воды, воздуха и почвы, питание, уровень антропогенных физических полей. Уровень цивилизованности страны определяется, в первую очередь, не развитием техники, а продолжительностью жизни (табл. 4.5).
Таблица 4.5. Средняя продолжительность жизни человека
