И тем не менее, отказаться от городов человечество не может, более того, во всем мире все активнее идет процесс урбанизации. И поэтому главная задача экологии - уменьшить вредное влияние городов на естественные и сельскохозяйственные экосистемы и обеспечить в них условия для жизни основного консумента этой искусственной экосистемы - человека. При этом не удастся расселить горожан в экосити. От крупных городов и многомиллионных мегаполисов избавиться нельзя, однако их можно экологически благоустроить.

Трудной проблемой городской экологии является уменьшение влияния автомобильного транспорта на атмосферу. Решить ее можно, уменьшив роль личного транспорта и улучшив качество самих автомобилей (снизить нормы потребления горючего и выбросов в окружающую среду). Проблемой является и уменьшение количества бытовых отходов, их переработка и хранение на оборудованных городских свалках.

Большую роль в смягчении влияния негативных факторов городской среды на человека играют растения. Зеленые насаждения улучшают микроклимат, очищают воздух от загрязняющих веществ, благотворно влияют на психическое состояние горожан.

Экология города начинается с экологии квартиры. В каждой квартире можно много сделать для того, чтобы снизить уровень загрязнения (и химического, и электромагнитного), более экономно расходовать ресурсы и энергию, уменьшить количество бытовых отходов.

В России в городах проживает примерно 70% населения, значит, из трех школьников, которые читают этот учебник, двое - горожане, а третий хоть и живет в селе, часто бывает в городе. Поэтому знать основы экологии города нужно каждому.

Индивидуальное задание

Темы рефератов:

1. Почему нельзя расселить население планеты в экосисти?

Рассмотрите тенденцию урбанизации населения мира и отдельных стран (в том числе и России), постарайтесь найти данные для характеристики урбанизации в вашем регионе. Прикиньте, какая площадь приходится на одного горожанина в экосити (для этого можно взять площадь участка вокруг коттеджа) и рассчитайте, какую площадь заняли бы экосити при таком варианте расселения горожан в вашем регионе.

2. Если бы я был мэром.

Опишите план действий по улучшению экологии города в ситуации, если бы вас выбрали мэром. Опишите все основные сферы своей деятельности по экологическому благоустройству города - транспортному хозяйству, озеленению, экологизации производства в городской черте, утилизации бытовых отходов.

В качестве основной литературы используйте книги Б. Небела, П. И Ч. Ревеллей, Т. Миллера, а также Т.К. Горышиной «Растения в городе» (М.: Изд-во ЛГУ, 1991). Поможет вам и учебник Г.С. Камериловой «Экология города: урбоэкология» (М,: Просвещение, 1997).

Глава 13. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Промышленные экосистемы - это территории предприятий с находящимися там производственными мощностями, окружающей средой, человеком и другими организмами. Промышленные экосистемы могут входит в состав городских экосистем или быть самостоятельными экосистемами (предприятия горнодобывающей и нефтяной промышленности, электростанции, хранилища отходов и др.). Из всех социоприродных экосистем промышленные - наиболее социальны и наименее природны. Управление промышленными экосистемами, как правило, представляет собой комплекс технологических задач совершенствования производства с целью экономии ресурсов и энергии и уменьшения вреда окружающей среде.

§ 72. ПРОМЫШЛЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ СРЕДЫ

В экологии понятие «загрязнение» имеет более широкое значение, чем в быту. Загрязняющими факторами называют не только твердые, жидкие и газообразные вещества, но и электромагнитное излучение, тепло, шум.

Химическое загрязнение атмосферы. Этот фактор относится к числу наиболее опасных для жизни человека. В атмосферу попадают сотни веществ, которые отсутствовали в природе. Все загрязняющие вещества по степени опасности разделены на 4 класса. К первому классу относятся самые опасные вещества, например, соединения ртути, ко второму - хлор, к третьему - монооксид азота и оксиды серы, к четвертому - оксид углерода. Ущерб, наносимый веществами первого класса вредности, в тысячи раз больше, чем от веществ четвертого класса.

Наиболее часто атмосферу загрязняют сернистый газ (его выбрасывают городские ТЭЦ, работающие на угле или мазуте, в которых много серы), оксиды азота, оксид углерода (угарный газ), хлор, формальдегид, фенол, сероводород, аммиак и др. В некоторых случаях из двух или нескольких относительно не опасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения. Экологи насчитывают около 2000 загрязняющих атмосферу веществ.

Главные источники загрязнения - тепловые электростанции. Менее опасны станции, работающие на газе, более - на угле. Сильно загрязняют атмосферу также котельные и домашние печи, которые топят углем, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт.

Химическое загрязнение водоемов. Предприятия сбрасывают в водоемы нефтепродукты, соединения азота, фенол и многие другие отходы промышленности. При добыче нефти водоемы загрязняются засоленными водами, нефть и нефтепродукты разливаются также при транспортировке. В России от нефтяного загрязнения более всего страдают озера Севера Западной Сибири. За последние годы возросла опасность для водных экосистем бытовых стоков городской канализации. В этих стоках повысилась концентрация моющих средств, которые микроорганизмы разлагают с трудом.

Пока количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу или сбрасываемых в реки, невелико, экосистемы сами в состоянии справиться с ними. Вредные вещества накапливаются в растениях, оседают на дне озер и участков реки с медленным течением, их разлагают микроорганизмы. При умеренном загрязнении вода в реке становится практически чистой через 3-10 км от источника загрязнения. Если загрязняющих веществ слишком много, экосистемы не могут с ними справиться. Вода становится непригодной для питья и опасной для человека. Не годится загрязненная вода и для многих отраслей промышленности.

Загрязнение поверхности почвы твердыми отходами. Городские свалки промышленного и бытового мусора занимают большие площади. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, такие, как ртуть или другие тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются в дождевых и снеговых водах и затем попадают в водоемы и грунтовые годы. Могут попасть в мусор и приборы, содержащие радиоактивные вещества.

Для уменьшения отрицательного влияния промышленных свалок на экологические условия города мусор сортируют по степени вредности. Наиболее вредные отходы вывозят далеко за пределы города и там хранят в бетонированных мусоросборниках. Многие ядовитые отходы с развитием технологии могут стать сырьем для химической переработки. Бытовой мусор и часть отходов химических предприятий поступают на мусороперерабатывающие заводы.

Поверхность почвы может быть загрязнена золой, оседающей из дыма ТЭЦ, работающих на угле, предприятий по производству цемента, огнеупорного кирпича и т.д. Для предотвращения этого загрязнения на трубах устанавливают специальные пылеуловители.

Загрязнение поверхности почвы отвалами вскрышных пород, шлаков и золы. Это загрязнение связано с горными разработками, особенно при добыче полезных ископаемых не в шахтах, а открытым способом, когда раскапывают огромные территории и создают карьеры. На дне карьеров работают экскаваторы и большегрузные самосвалы. Чтобы добраться до залежей руды и угля, приходится перемещать огромные объемы вывезенной из карьера пустой породы, образующей искусственные горы в десятки и сотни метров высотой. Такие же горы из золы и шлака возникают вокруг металлургических предприятий и тепловых электростанций, работающих на угле. Образование больших отвалов пустой породы часто связано с тем, что из руды извлекают одно вещество (например, медь). Если извлекают большее число полезных веществ, то объем отвалов уменьшается.

Чтобы уменьшить вред отвалов для окружающей среды, проводят их рекультивацию. Горы разравнивают бульдозерами (инженерная рекультивация), покрывают слоем почвы, сеют многолетние травы или сажают лес (биологическая рекультивация). Многие достаточно плодородные отвалы пустой породы зарастают лесом сами (происходит сукцессия растительности). Иногда на землях, занятых отвалами, разбивают сады. Садоводы привозят почву и навоз и затем выращивают на таких участках овощи и фрукты.

Химическое загрязнение грунтовых вод. Токи грунтовых вод перемещают загрязняющие вещества на большие расстояния, и не всегда можно установить их источник. Причиной загрязнения может быть вымывание токсичных веществ дождевыми и снеговыми водами с промышленных свалок. Загрязнение подземных вод происходит и при добыче нефти современными методами, когда для повышения отдачи нефтяных пластов в скважины повторно закачивают соленую воду, поднятую на поверхность вместе с откачанной нефтью. Засоленные воды попадают в водоносные горизонты, вода в колодцах приобретает горький вкус и оказывается непригодной для питья. Этот тип загрязнения грунтовых вод приобрел опасные масштабы в Татарстане и Башкортостане.

Химическое загрязнение почв. Основными источниками химического загрязнения почв являются промышленность и транспорт. Если автомобили используют бензин, содержащий свинец, то почвы вдоль дорог загрязняются этим токсичным металлом, выбрасываемым с выхлопными газами. Особенно сильно это загрязнение в местах, где дорога идет на подъем: моторы работают напряженно и сгорает больше топлива.

Почвы загрязняются серой при выпадении кислотных дождей. Из-за этих дождей увеличивается кислотность почвы, что ухудшает рост многих растений, особенно древесных. Кислотные дожди снижают и урожаи сельскохозяйственных культур. В районах нефтепромысла (например, на Тюменском Севере) почвы загрязняются нефтепродуктами при их добыче и транспортировке.

Биологическое загрязнение. Вода, почва и продукты питания могут быть загрязнены бактериями, в том числе болезнетворными. Источниками биологического загрязнения могут быть попавшие в реку плохо очищенные стоки мясокомбината и других предприятий, где в отходах много органических веществ, которые могут быть субстратом для массового развития бактерий. Особенно опасны трупы животных, умерших от заразных болезней. Так, споры возбудителя сибирской язвы в почве сохраняют жизнеспособность до 30 лет и более. Для предотвращения биологического загрязнения проводят очистку стоков. Биологическое загрязнение контролируют специальные санитарно-эпидемиологические службы.

Тепловое загрязнение. В соответствии со вторым законом термодинамики при использовании энергии для нужд промышленности или для бытовых целей часть ее неминуемо рассеивается и превращается в тепловую энергию. Чем больше используется энергии, тем больше ее переходит в тепло, хотя за счет повышения коэффициента полезного действия двигателей внутреннего сгорания и любых других устройств, где сжигается горючее, человек стремится уменьшить долю энергии, которая бесцельно (и часто с вредными последствиями) рассеивается в окружающую среду и нагревает атмосферу и воду. Большой вклад в тепловое загрязнение атмосферы вносят «факелы» химических предприятий, в которых сжигают те фракции горючих веществ, которые не удается использовать. Горят «факелы» и близ нефтяных скважин, на них сжигают попутный газ, который можно использовать. Рассеивание тепла увеличивается из-за плохой изоляции отапливаемых помещений. В результате теплового загрязнения в крупных городах температура атмосферы на 4-5 градусов выше, чем в сельской местности.

Тепловое загрязнение водоемов усиливает их эвтрофикацию.

Радиационное загрязнение. Такое загрязнение возможно в результате аварий или небрежного хранения отходов на АЭС, при взрывах атомных зарядов для создания подземных хранилищ или при производстве ядерного оружия. Радиацией загрязнены огромные территории вокруг мест крупнейших аварий - Чернобыльской и Кыштымской. Радиационное загрязнение возможно при попадании на свалки старых приборов, содержащих радиоактивные изотопы. Такие приборы часто применяют в промышленности, научных лабораториях, медицине. Радиоактивные вещества из отслуживших приборов или приборы целиком должны храниться в специальных хранилищах, где их радиация не приносит вреда окружающей среде и человеку.

Электромагнитное загрязнение. Высоковольтные линии электропередачи, крупные радио- и телевизионные станции, радиолокационные приборы и т.п. формируют электромагнитные поля. Это загрязнение оказывает сильное влияние на живые организмы, причем рост некоторых растений ускоряется (на этом основаны методы стимулирования прорастания семян и роста растений обработкой семян токами высокой частоты). Однако на здоровье человека электромагнитные излучения сказываются отрицательно, и потому долгое пребывание в электромагнитном поле высокой энергии недопустимо. Вблизи высоковольтных линий электропередачи нельзя располагать дачные участки, а туристам - ставить палатки. Электромагнитное загрязнение мешает принимать радиопередачи, может вывести из строя приборы, например, компас.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные виды загрязнения городских и промышленных экосистем.

2. Расскажите о химическом загрязнении среды.

3. Какие типы физического загрязнения среды вы можете назвать?

4. Какие типы загрязнения наиболее опасны в вашем городе (или в городе, ближайшем к вашему селу)?

Справочный материал

Лишь 1% сырья, которое добывает человек, используется, а остальное превращается в отходы, загрязняющие среду.

Если принять загрязненность воздуха над океаном за единицу, то над селами она выше в 10 раз, над небольшими городами - в 35 раз, а над большими городами и промышленными объектами - в 150 раз. Толщина слоя загрязненного воздуха над городом составляет 1,5-2 км.

Вредные вещества, выходящие из дымовой трубы высотой 100 м, рассеиваются в радиусе 20 км, высотой 250 м - до 75 км. Труба-чемпион построена на медно-никелевом комбинате в г. Садбери (Канада) и имеет высоту более 400 м.

Сера, в огромном количестве выбрасываемая тепловыми электростанциями, - это ценнейшее сырье для промышленности. Ее используют в 88% промышленных изделий. На изготовление одного автомобиля требуется 14 кг серы, для получения 1 т целлюлозы - 100 кг и т.д. Таким образом, улавливание серы из промышленных выбросов - это не только сохранение чистоты атмосферы, но еще и получение дополнительного сырья.

Выбросы оксидов серы в странах Европы за последние 20 лет в целом сократились с 65 до 40 млн. т в год, а в остальных странах (включая Россию, Китай, Индию) увеличились с 48 до 59 млн. т. В целом ситуация с загрязнением биосферы оксидами серы практически не улучшилась.

В России основными отраслями промышленности, загрязняющими атмосферу, являются электроэнергетика (29,1%), цветная металлургия (22), черная металлургия (14,6), нефтедобыча (9,3), нефтепереработка (5,1%), а загрязняющими воды - электроэнергетика (21,1%), химическая промышленность (18,1), деревообработка (17,8), черная металлургия (9,9), машиностроение (8), угольная промышленность (6,4), цветная металлургия (5,5%).

В 1999 г. в 31 городе России с населением 17,5 млн. человек уровень загрязнения в 10 превысил норму. Наиболее опасными загрязняющими веществами являются бенз(а)пирен, диоксид азота, формальдегид, пыль. В Европейской части России и на Урале в среднем в течение года на 1 км2 выпадает из атмосферы свыше 450 кг загрязняющих веществ.

В ближайшие годы Газпром планирует перевести с природного газа на уголь и мазут 38 ГРЭС и ТЭС, которые обеспечивают электроэнергией наиболее густо населенные районы европейской части России. Эта экономическая мера существенно ухудшит экологическую ситуацию в стране. Поскольку продукты сгорания мазута в 3 раза токсичнее, чем природного газа, а угля - в 10-50 раз, произойдет значительное повышения уровня загрязнения атмосферы. В 2.6 раза возрастут выбросы диоксида серы, в 1,2 - оксидов азота, в 1,3 - золы, в 2,5 - свинца, в 3 раза - кадмия. Это не только отрицательно скажется на здоровье населения, но и вызовет подкисление и снижение плодородия почв в Нечерноземье.

Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу трубами промышленные предприятий, могут распространяться в направлении господствующих ветров на 50 км, хотя их основная масса оседает на почвы в пределах 8-10 км. Эта зона вокруг заводов нефтехимического комплекса и ТЭЦ опасно загрязнена и в большинстве случаев не может использоваться для сельскохозяйственных нужд или пригородного садоводства. На расстоянии до 3 км загрязнение почвы вызывается оседанием паров углеводородов вокруг прудов-отстойников нефтехимических предприятий. Загрязнение почвы вызывается также процессом добычи и обогащения руд цветных металлов. Наиболее устойчивым является загрязнение почвы тяжелыми металлами.

При разливе нефть обволакивает почвенные частицы, из за чего почва не смачивается водой, гибнут бактерии и грибы, растения не получают необходимого питания. При низких уровнях нефтяного загрязнения почв преодолеть его последствия помогает внесение удобрений, стимулирующих развитие микроорганизмов и растений. При больших дозах и длительных сроках загрязнения в почве происходят необратимые изменения - она превращается в асфальтоподобную массу. Тогда наиболее загрязненные слои приходится удалять.

20 лет назад в США утилизация и захоронение 1 кг промышленных отходов стоили 2 доллара, а теперь - 100, например, захоронение 1 л органического растворителя стоит больше, чем его производство.

В связи с окончанием «холодной» войны большие проблемы возникли с хранением и переработкой взрывчатых и отравляющих веществ. В 1945--1947 гг. «лишние» боеприпасы в контейнерах были затоплены странами антигитлеровской коалиции в Балтийском море (в том числе много отравляющих веществ). Если эти контейнеры разрушатся, произойдет экологическая катастрофа и экосистема моря практически погибнет. В настоящее время взрывчатые и отравляющие вещества перерабатывают на специальных предприятиях, из большинства таких веществ получают мирный продукт - азотное удобрение.

На большинстве предприятий России токсичные отходы производства или сбрасывают в водоемы, отравляя их, или накапливают, не перерабатывая, нередко в огромных количествах. Эти скопления смертоносных отходов можно назвать «экологическими минами», при прорыве дамб они могут оказаться в водоемах. Пример такой «экологической мины» - Череповецкий химический комбинат «Аммофос». Его отстойник занимает площадь 200 га и содержит 15 млн. т отходов. Дамбу, которая огораживает отстойник, ежегодно поднимают на 4 м. К сожалению, «череповецкая мина» - не единственная.

Радиоволны низких и средних частот (длиной до 100 м) практически не влияют на здоровье человека, радиоволны высоких и ультравысоких частот (УВЧ) (длина волн от 100 м до 10 см) от мощных радио- и телевизионных станций опасны в радиусе до 300 м. Радиоволны сверхвысоких (длина волны 10 см - 1 мм) и гипервысоких частот (1-0,1 мм), которые используются в радарах, действуют только на биологические объекты, в том числе и на человека, оказавшиеся в зоне сфокусированного луча. Таким образом, теле- и радиостанции не причиняют нам большого вреда. Тем не менее, по санитарно-гигиеническим нормам современного градостроительства их размещают за городом. Из этих же соображений не монтируют в городах и системы радиорелейной связи.

§ 73. СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВРЕДА ОТ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Самый распространенный вид загрязнения - химический. Существует три основных способа уменьшения вреда от него.

Разбавление. Даже очищенные стоки необходимо разбавлять в 10 раз (а неочищенные - в 100-200 раз). На предприятиях сооружают высокие трубы, чтобы выбрасываемые газы и пыль рассеивались равномерно. Разбавление - малоэффективный способ уменьшения вреда от загрязнения, допустимый лишь как временная мера.

Очистка. Сегодня в России это основной способ уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду. Однако в результате очистки образуется много концентрированных жидких и твердых отходов, которые также приходится хранить.

Замена старых технологий новыми - малоотходными. За счет более глубокой переработки сырья удается снизить количество вредных выбросов в десятки раз. Отходы от одного производства становятся сырьем для другого (например, из сернистого газа, выбрасываемого ТЭЦ, производят серную кислоту).

Образные названия этим трем способам уменьшения загрязнения окружающей среды дали экологи ФРГ: «удлини трубу» (разбавление и рассеивание), «заглуши трубу» (очистка) и «завяжи трубу узлом» (малоотходные технологии). Немцы восстановили экосистему Рейна, который долгие годы был сточной канавой, куда сбрасывались отходы промышленных гигантов. Это удалось сделать только в 80-е годы, когда, наконец, «завязали трубу узлом». Во Франции восстановлена экосистема реки Сены, в Англии - Темзы.

Некоторое улучшение экологической ситуации в России достигнуто в основном благодаря улучшению работы очистных сооружений и падению производства. Дальнейшего уменьшения выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду можно добиться, если внедрить малоотходные технологии. Однако, чтобы «завязать трубу узлом», необходимо обновление оборудования на предприятиях, что требует очень больших вложений и потому будет проводиться постепенно.

Контрольные вопросы

1. Как можно уменьшить влияние на среду промышленного загрязнения?

2. Почему «рассеивание» и «разбавление» выбросов и стоков экологически опасно?

3. Как удалось улучшить экологическую ситуацию на реке Рейн в ФРГ?

(ДОП.) § 74. ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

Абсолютно вредных веществ нет. Любое загрязняющее вещество в невысокой дозе практически безвредно. Такие обычные загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу промышленностью, как оксиды углерода, серы и азота, в невысоких концентрациях всегда присутствовали в ней. В воде и почве всегда есть тяжелые металлы. Любая почва или горная порода обладают естественной радиоактивностью. Даже при отсутствии поблизости (или вдали, ведь газообразные выбросы переносятся на тысячи километров) предприятий, выбрасывающих в атмосферу азот, некоторое его количество содержится в дождевой воде. Он появляется в результате грозовых разрядов, при которых образуется аммиак.

Очистка атмосферы, воды или почвы от загрязняющих веществ - это снижение их концентрации до величин, при которых они становятся безвредными. Такие пороговые величины называются ПДК - предельно допустимые концентрации. Для действенного контроля загрязнения атмосферы, воды или продуктов питания необходимо знать ПДК всех основных загрязнителей.

Таблицы ПДК входят в систему периодически обновляемых государственных стандартов, различных в разных странах, но всегда обязательных, что подкреплено специальными законами. В эти таблицы включают пороговые значения для сотен загрязняющих веществ. В России для наиболее распространенных загрязнителей атмосферы приняты следующие ПДК: в 1 м3 воздуха должно быть не более 0,15 мг пыли, 0,05 мг оксида серы, 3 мг оксида углерода, 0,04 мг диоксида азота.

Если в среду одновременно поступает несколько загрязняющих веществ, то ПДК определяют по специальным формулам, позволяющим оценить индекс загрязнения атмосферы (ИЗА).

Для каждого источника загрязнения устанавливают ПДВ - предельно допустимый выброс за единицу времени, при котором концентрация загрязняющего вещества в атмосфере или в воде не будет превышать ПДК.

Все предприятия делятся на 5 групп (классов опасности) в зависимости от вредности выбрасываемых веществ и степени их возможной очистки. У каждой из этих групп своя ширина санитарно-защитной зоны вокруг предприятия, где запрещается строительство (обычно в этой зоне размещают насаждения из деревьев, устойчивых к загрязнению), - от 1000 м (1-й класс опасности) до 50 м (5-й класс).

Для очистки жидких стоков и газообразных выбросов используют специальные системы очистных сооружений.

Загрязняющие вещества, после их извлечения из сточных вод, поступают на повторную переработку или временное захоронение. Очистка производится несколькими способами, которые последовательно сменяют друг друга. Для каждого предприятия, в зависимости от особенностей его отходов, проектируются свои очистные сооружения. Чаще всего используют следующие приемы очистки.

Механическая очистка. Жидкие стоки отстаивают, при этом оседают твердые частицы. Кроме того, применяют песчаные и песчано-гравийные фильтры, задерживающие более легкие взвешенные частицы, не осевшие в отстойниках. В некоторых случаях применяют и центрифугирование, при котором загрязняющие вещества извлекаются в гигантских сепараторах. Механически отделяют нефтепродукты, которые всплывают на поверхность в отстойнике. Для очистки газовых выбросов предприятия используют специальные пылеосадочные камеры и центрифуги (циклоны), матерчатые фильтры.

Химическая очистка. На стоки воздействуют химическими веществами, переводя растворимые соединения в нерастворимые. Так, от кислот очищают добавлением щелочи, а от щелочей, наоборот, добавлением кислот.

Установки для очистки газообразных выбросов очень дороги. Для того чтобы уменьшить выбросы оксида серы и сероводорода, применяют «щелочной дождь», через который пропускают насыщенные газами выбросы, в результате получают соль и воду. В качестве поглотителей-фильтров используют также специальные адсорбенты, например, активированный уголь.

Физико-химическая очистка. При этой очистке электролизом превращают сложные соединения в более простые и извлекают металлы, кислоты и другие неорганические соединения. Для выделения наиболее опасных или ценных загрязняющих веществ, которые используют для дальнейшей переработки, применяют ионообменные смолы, которые химически связывают эти вещества.

Применяют также огневые методы очистки: распыленные стоки впрыскивают в пламя больших горелок. Этот способ дорог, но позволяет «расколоть» даже ядовитые соединения, не поддающиеся прочим химическим или биологическим способам очистки. Например, огневым методом разлагают диоксины - очень ядовитые вещества, которыми загрязнены воды и почвы в некоторых городах России. Огневой метод применяют и при переработке бытовых отходов.

Биологическая очистка. В специально созданных экосистемах загрязняющие вещества разрушаются или концентрируются микроорганизмами и мелкими животными. Организмы могут накапливать и осаждать тяжелые металлы и радиоактивные изотопы (особенно успешно это делают диатомовые водоросли).

Методы биологической очистки исключительно важны, так как значительная часть загрязняющих веществ, которую не удается ни отфильтровать, ни извлечь электролизом, - это растворенные в воде органические вещества.

Биологическую очистку осуществляют в специальных емкостях - открытых бассейнах аэротенках и закрытых метантенках.

Бактерии-аммонификаторы в аэротенках разлагают белки до аммония, а бактерии-нитрификаторы окисляют аммоний до нитратов и нитритов. Для уменьшения площади очистных сооружений применяют активный ил - насыщенный микроорганизмами (бактериями, водорослями, грибами, простейшими) слой наполняющих материалов (щебень, песок, шлак, пластмасса) на дне очистного водоема, через который постоянно продувают воздух, что ускоряет процессы биологической очистки.

Метантенки - это большие емкости из бетона или чугуна, очистка в них идет в анаэробной среде. В метантенках метанообразующие бактерии разлагают органические вещества. В результате кроме очищенной воды получается биогаз, который можно использовать для отопления. Метантенки используют и для обеззараживания навоза на животноводческих фермах. Хорошо очищают воду от многих загрязняющих веществ природный активный ил под зарослями высокорослых водных растений - камыша, тростника, рогоза и т.п. в канавах и прудах.

Однако живущие в природе бактерии не могут разлагать некоторые загрязняющие вещества (в том числе и пестициды), и потому селекционеры-микробиологи выводят специальные штаммы бактерий. Эти бактерии способны разрушать многие органические соединения, и среди них, как низкомолекулярные ароматические углеводороды, так и высокомолекулярные соединения - органические полимеры. Ученые вывели штамм гриба, который может разлагать полиэтиленовую пленку. Получены микроорганизмы, способные очистить поверхность воды от нефтяного загрязнения и даже разрушить попавший в почву гербицид 2,4-Д.

Доочистку стоков можно проводить на полях орошения, где ими поливают и удобряют почву. Состав стоков контролируют, чтобы в них не было высоких концентраций тяжелых металлов и болезнетворных бактерий. На таких полях нельзя выращивать овощи, используемые в пищу в сыром виде: капусту на салат, петрушку или овощи-корнеплоды (морковь, свеклу) и клубнеплоды (картофель). Там можно выращивать капусту для приготовления горячих блюд или засолки, а лучше всего - многолетние травы.

Контрольные вопросы

1. Какие методы применяют при очистке загрязненных вод?

2. Какие методы используют для очистки газовых выбросов?

3. В чем суть методов биологической очистки?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Промышленные экосистемы расположены либо в городах, либо за их пределами (предприятия горнодобывающей промышленности, электростанции, хранилища отходов и др.). Роль живых организмов в жизни этих экосистем еще меньше, чем в городских.

Задачи уменьшения влияния промышленных экосистем на окружающую среду - в основном технологические: модернизация производства с уменьшением расхода ресурсов вещества и энергии, снижением количества выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду (атмосферу, воду, на поверхность почвы), создание очистных сооружений. Некоторую роль при этом могут играть зеленые насаждения, которые выполняют роль фильтров, очищающих воздух от загрязнения.

Загрязняющие вещества, которые «производятся» промышленными предприятиями, очень разнообразны и разделяются по степени опасности на четыре класса. Нет веществ, которые были бы абсолютно вредными, все они при низких концентрациях не представляют опасности. Поэтому для контроля за содержанием загрязняющих веществ в средах жизни (атмосфере, воде, почве), а также в продуктах питания разработана система экологических нормативов, которые определяют предельно допустимую концентрацию этих веществ (ПДК).

На крупных предприятиях работают специальные комплексы для очистки стоков - очистные сооружения, в которых используются физические, физико-химические, химические и биологические методы очистки. В большинстве случаев в результате очистки остается некоторое количество особо опасных отходов, которые приходится помещать в специальные хранилища, удаленные от поселений человека и находящиеся под постоянным наблюдением.

Индивидуальное задание

Темы рефератов:

1. «Завяжи трубу узлом» (опыт внедрения малоотходных экологически безопасных технологий в промышленности).

2. Завод, рядом с которым я живу: влияние на окружающую среду.

Чтобы написать эти рефераты, нужно обратиться в дирекцию предприятия и попросить предоставить данные о динамике загрязнения окружающей среды за последние 5 лет. Познакомьтесь с планом экологизации производства, дайте ему критическую оценку и предложите свой вариант уменьшения влияния предприятия на окружающую среду.

Для работы над рефератом используйте следующую литературу:

Мазур И.И., Молдаванов О.И. Шанс на выживание. Экология и научно-технический прогресс. М.: Наука, 1992.

В книге дан анализ развития энергетики, ресурсосбережения и проблемы отходов промышленности. Книга обобщает много фактических данных, она особенно полезна при подготовке рефератов по промышленной экологии.

Иванов О.В., Мельник Л.Г., Шепеленко Л.Н. В борьбе с драконом «Когай»: опыт природопользования в Японии. М.: Мысль, 1991.

Эта книга - рассказ о том, как японцы смогли очистить свою густонаселенную и насыщенную промышленностью территорию от промышленного загрязнения.

Полезны будут также экологические словари П.Ф. Реймерса «Природопользование: Словарь-справочник» (М.: Мысль, 1990) и «Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справочник» (М.: Просвещение, 1992), Б.М. Миркина и Л.Г. Наумовой «Популярный экологический словарь» (М.: Устойчивый мир, 1999) и справочник «Окружающая среда. Энциклопедический словарь-справочник» (М.: Прогресс, 1993).

Глава 14. ОХРАНА ПРИРОДЫ

Вы познакомились с принципами рационального природопользования под девизом: «Используй, охраняя, и охраняй, используя». И узнали, что:

можно получать древесину, заготавливать лекарственные травы и ягоды в лесу, охотиться на лосей и при этом не нарушать экологического равновесия;

получение высоких урожая зерна, надоев, привесов или настрига шерсти сельскохозяйственных животных может сочетаться с сохранением плодородия почв, продуктивности и видового богатства сенокосов и пастбищ, чистоты атмосферы и воды;

даже самые крупные городские и промышленные экосистемы можно сделать менее опасными для природы, если использовать малоотходные технологии и надежные очистные сооружения и хранилища отходов.

И все же, для решения задачи охраны биологического разнообразия одного рационального природопользования недостаточно и кроме рационального природопользования необходима еще и специальная охрана биологического разнообразия.

§ 75. УРОВНИ ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

Различают два уровня охраны живой природы: популяционно-видовой и экосистемный.

На популяционно-видовом уровне объектами охраны являются конкретные виды животных и растений, представленные популяциями. Охраняя популяции, мы охраняем эти виды.

Для того чтобы организовать охрану флоры и фауны, выявляют объекты охраны и создают «Красные книги», содержащие списки и характеристики видов, которым угрожает исчезновение (их называют угрожаемыми). «Красная книга РСФСР: растения» была издана в 1988 г. «Красная книга РСФСР: животные» - в 1985 г. В них было включено, соответственно, 533 и 247 видов растений и животных. Созданы «Красные книги» и для многих республик и областей России.

Охрану биологического разнообразия в экосистемах на популяционно-видовом уровне осуществляют, запрещая сбор отдельных красиво цветущих растений (представителей орхидных -венерин башмачок, любка двулистная; лилейных - лилии кудреватая и тигровая, рябчик; и др.) и заготовку тех видов лекарственных трав, популяции которых уже ослаблены интенсивной эксплуатацией (во многих районах запрещен сбор валерианы лекарственной, цмина песчаного). Запрещают также охоту на редких видов птиц (журавли, лебеди, дрофа, стрепет и др.) и млекопитающих (косуля, уссурийский тигр, выхухоль), отлов определенных видов рыб (осетровых: стерляди и осетра, форели и др.), редких видов бабочек и жуков. (Рис. 100.)

Успешность охраны флоры и фауны на популяционно-видовом уровне зависит от многих факторов. Вы уже знаете, что причиной ослабления и даже уничтожения популяций могут быть чрезмерная добыча, разрушение местообитаний, вселение новых видов-конкурентов, вытесняющих охраняемый вид, загрязнение и т.д. Кроме того, любой вид связан с другими организмами и, например, чтобы сохранить популяцию крупного хищника, нужно позаботиться о популяциях его жертв и условиях для их нормальной жизни. Поэтому охрана вида, стоящего на вершине пищевой цепи, в природе перерастет в охрану всей экосистемы, в которой он обитает. Охрана экосистем - это самый надежный способ сохранения биологического разнообразия.

Используют некоторые специальные формы сохранения угрожаемых видов, например, разведение видов под контролем человека, создание генных банков.

Разведение видов под контролем человека. Животных разводят в зоопарках, растения - в ботанических садах. Существуют и специальные центры размножения редких видов - Окский государственный журавлиный питомник, Приокско-Террасный зубровый питомник и др. На многочисленных рыбозаводах разводят рыб редких видов, молодь которых выпускают в реки и озера. В Швеции, ФРГ, Австрии, Франции после разведения в неволе в леса интродуцирована рысь. Сохранению видов способствует и деятельность любителей-садоводов, содержателей аквариумов.

Создание генных банков. В банках могут храниться как семена растений, так и замороженные культуры тканей или половые клетки (чаще сохраняют замороженную сперму), из которых можно получить животных или растения. Созданная Н.И. Вавиловым коллекция семян культурных растений продолжает пополняться. Сейчас Национальное хранилище мировых растительных ресурсов расположено в Кубанской станции бывшего Всесоюзного института растениеводства им. Н.И. Вавилова. Там в 24 комнатах, расположенных под землей, при постоянной температуре +4,5°С сохраняется 400 тысяч образцов семян.

Первые банки замороженных клеток исчезающих видов животных созданы в ряде научных центров мира (в том числе и в Пущино-на-Оке).

В связи с охраной таких животных, как тигр и зубр, когда поголовье остается относительно небольшим, экологам приходится решать очень трудный вопрос о минимально необходимом числе животных в популяции, которое гарантирует ее выживание. Несмотря на то, что этому вопросу посвящено много исследований, точно определить этот гарантированный минимум трудно (хотя известно, что чем животное или растение мельче, тем больше особей нужно для сохранения популяции). Все зависит от фактора риска. Если произойдет серьезный катаклизм, то исчезнут популяции любой плотности в зоне действия фактора разрушения. В то же время в зоопарках и центрах по воспроизведению исчезающих видов удается поддерживать популяцию из небольшого числа особей без опасения потерять ее.

Условия для сохранения популяций редких видов очень разнообразны, их трудно воспроизвести. Так, насекомоопыляемые растения не могут существовать без опылителей, хищные птицы и крупные млекопитающие - без мелких млекопитающих. Поэтому наиболее надежный способ охраны популяций - их охрана как частей целых экосистем, в которых поддерживается экологическое равновесие. Для этого создают особо охраняемые природные территории (ООПТ) разных типов.

Контрольные вопросы

1. Какие уровни охраны живой природы вы знаете?

2. Как охраняют отдельные виды?

3. Что такое «Красная книга»?

Справочный материал

В настоящее время список редких видов животных России значительно возрос, в него включено 415 видов, подвидов и популяций, в том числе беспозвоночных - 155, рыб - 39, амфибий - 8, рептилий - 21, птиц - 123, млекопитающих - 65. В составе списка редких видов растений - 440 цветковых, 11 голосеменных, 10 папоротников, 22 моховидных, 4 плауновидных, 29 лишайников и 17 грибов.

В течение ста лет - с 1850 г. по 1950 г. каждые десять лет исчезал один вид растений. В наше время мы теряем по одному виду в день. Если этот процесс не удастся остановить, то с 2000 г. каждый час будет исчезать по одному виду.

Наиболее трагические события происходят сейчас в тропических широтах. Под натиском плантаций приносящих высокие доходы тропических культур (гевеи, кокосовой пальмы, ананасов, кофейного и шоколадного деревьев) площади экваториальных (в англоязычной литературе их неточно называют «тропическими дождевыми») лесов стремительно сокращаются. Каждую минуту исчезает 23 га леса, каждый день в «черную дыру небытия» проваливается 3 биологических вида. Лишенные леса почвы размываются дождями и превращаются в глинистые пустыни. Вредит этим лесам и неблагоприятная демографическая ситуация. Сотни миллионов африканцев продолжают заниматься подсечным земледелием: вырубают участки леса, а через несколько лет эти участки забрасывают. «Легкие» планеты - тропические леса - в опасности.

Первая «Красная книга» появилась в 1966 г. Организатором ее создания был Международный союз по охране природы и природных ресурсов (МСОП). Он выпустил 5 томов с перечнем видов, которым угрожает исчезновение. Каждому виду был выделен отдельный лист, причем книга была напечатана на бумаге красного цвета - цвета предостережения. Кроме того, тома были изготовлены так, что можно было изымать листы с описанием видов, которые уже достаточно обеспечены охраной, и, напротив, добавлять новые посвященные иным видам, которым угрожает уничтожение. В конце 80-х гг. в этом печальном списке значилось 768 видов позвоночных животных, в том числе 246 вида млекопитающих и столько же видов птиц, а также 250 видов растений. Из числа животных в Красную книгу были занесены лемуры, орангутан, горилла, морские черепахи и множество других животных.

После этого во всем мире стали издавать подобные перечни исчезающих видов, хотя бумага для них теперь используется обычная и красным бывает только переплет.

В ряде стран созданы «центры реабилитации» для оказания помощи раненым и больным животным. Во Франции существует более 20 таких центров. После излечения большинство животных отпускают, но некоторых приходится оставлять в неволе в связи с невозможностью самостоятельно выжить в природе.

В России восстановлены многие популяции бобра, который в послереволюционные годы был почти полностью истреблен в результате хищнической охоты, а затем долгие годы страдал от гидромелиорации, разрушавшей его местообитания. Сейчас насчитывается 150 тыс. бобров и их количество продолжает увеличиваться. Менее опасным стало и положение зубра, серого кита, дальневосточного моржа.

После создания Астраханского государственного заповедника площадь «лотосовых полей» (так называют прогалины среди высоких зарослей тростника, где при глубине воды около метра особенно хорошо растет лотос орехоносный, полностью покрывающий крупными листьями и цветками водную поверхность) возросла в 8-10 раз.

Браконьерская охота поставила на грань исчезновения тигров, горилл, слонов и многих других животных, которых добывают из-за шкур, бивней и т.д. Для их защиты в 1973 г. была принята специальная Вашингтонская конвенция по ограничению торговли редкими и исчезающими видами растений и животных и продуктами, изготовленными из них. Но браконьеры находят любые лазейки, чтобы продолжать свой преступный промысел.

Разрабатывают нетривиальные способы борьбы с браконьерством. Так, в Индии в рога носорогов вживляют микрочипы (миниатюрные радиопередатчики), которые обнаруживаются таможенниками и позволяют установить, где добыто животное. В Намибии для защиты от браконьерства предпринят опыт спиливания рогов у носорогов. Рога были проданы государством и деньги использованы для охраны территорий, где обитают носороги. «Обезроживание» не наносило животным ущерба, они «обзаводились семьей» и давали потомство.

Для сохранения индийского подвида тигра Всемирный фонд дикой природы МСОП разработал проект «Тигр», который поддержали правительства Индии, Непала, Бангладеш. За первые 5 лет реализации проекта были организованы новые и расширены существовавшие ранее заповедники, переселены жители больше 30 деревень. В результате только в Индии поголовье тигра увеличилось с 268 до 749.

Одно из самых заметных достижений в деле охраны дикой природы - восстановление популяций зубра. Это крупное животное, некогда обычное в лесах европейской части России, в Польше, Беларуси и Литве, а также на Кавказе и в Карпатах, в начале столетия было практически уничтожено. К счастью, зубр сохранился в зоопарках Европы, откуда его повторно расселили в Беловежской пуще, на Кавказе, Карпатах, а в последние годы - и в лесах Литвы. В настоящее время зубр уже способен жить в дикой природе, но только при заповедном режиме. Задача восстановления в природе зубра как биологического вида будет решена, когда его численность достигнет двух тысяч голов (в начале 90-х годов поголовье зубров было близко к этой цифре).

Большого успеха в охране фауны лесов достигла Финляндия. С 1987 г. количество медведей удвоилось, количество рысей возросло в 8 раз, а численность редкого зверя россомахи возросла с 40 до 100 особей.

В мире существует более 30 международных организаций, координирующих исследования и практические шаги разных стран в охране и рациональном использовании природных ресурсов. Наиболее серьезные программы осуществляет специальная Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО, United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization). Так, по инициативе ЮНЕСКО создан МСОП - Международный союз охраны природы и природных ресурсов, со штаб-квартирой в г. Глан (Швейцария). МСОП издает международные «Красные книги». ЮНЕСКО организованы исследования по международной программе «Человек и биосфера», в которой принимают участие 90 стран.

§ 76. ОСОБО ОХРАНЯЕМЫЕ ПРИРОДНЫЕ ТЕРРИТОРИИ

Познакомимся с основными формами особо охраняемых природных территорий.

Заповедники. Это особо охраняемая природная территория, на которой полностью запрещена любая хозяйственная деятельность (включая туризм) в целях сохранения природных комплексов, охраны животных и растений, а также слежения за происходящими в природе процессами. Это самый важный тип ООПТ, наиболее надежно обеспечивающий охрану видов.

В мире сегодня свыше двух тысяч заповедников, в России - 99 с общей площадью 33, 3 млн. га, что составляет 1,6 все территории нашей страны. Размеры заповедников сильно различаются. Так, расположенный на Севере Таймырский заповедник занимает около 1,4 млн. га, а лесостепной заповедник «Галичья Гора» в долине Дона - всего 231 га. Самый большой российский заповедник - Командорский (3,65 млн. га).

С помощью заповедников решают три главные задачи.

Заповедники обеспечивают охрану флоры, фауны и природных ландшафтов. У каждого заповедника есть свои особенности. Так, в Астраханском государственном заповеднике главные объекты охраны - водоплавающие птицы и лотос, в Сихоте-Алинском и Лазовском - амурский тигр, в заповеднике «Остров Врангеля» - белый медведь, в Воронежском - бобр, в Хоперском - выхухоль, в расположенном на территории Башкортостана небольшом заповеднике «Шульган-Таш» - башкирская бортевая пчела, в Ильменском государственном заповеднике - минералы. Одновременно с объектами специальной охраны охраняют природные экосистемы заповедника в целом.

Заповедники являются научными учреждениями, где работают биологи разного профиля, детально исследующие состояние экосистем и отдельных входящих в них популяций животных и растений. Это природные лаборатории, которые дают ценный материал, помогающий поддерживать стабильность популяций и экосистем и за пределами заповедников.

Заповедники служат очагами восстановления популяций редких и исчезающих видов растений и животных. Часть их (в допустимых пределах) может изыматься и использоваться для дальнейшего расселения. Так, в Воронежском заповеднике размножили бобра, в Хоперском - выхухоль, а после вывозили в другие регионы. (Рис. 101.)

Важнейшие заповедники - биосферные. Биосферные заповедники представляют природные ландшафты основных биомов мира. Их создают там, где природа не утратила своих первозданных черт. Наблюдения в биосферных заповедниках как эталонах природы проводят по единой международной программе, составленной в ЮНЕСКО. Это обеспечивает сравнимость результатов, получаемых учеными разных странах. В мире существует около 300 биосферных заповедников, из них в России - 21 (Кавказский, Приокско-Террасный, Сихотэ-Алинский, Центрально-Черноземный и др.).

Заповедники создают и на территориях, нарушенных человеком. Однако в этих заповедниках не всегда экосистемы приходят в первозданное состояние, так как популяции некоторых видов растений и животных не восстанавливаются.

Некоторые типы экосистем не могут существовать при полном заповедании. Например, луга, если их не использовать, зарастут лесом, а вместе с луговыми растениями исчезнут многие насекомые, а также некоторые птицы. В таких экосистемах проводится регламентированное (т.е. по рекомендациям, разработанным экологами) использование.

Национальные парки. В отличие от заповедника в национальном парке устанавливается дифференцированный режим охраны. В его границах прекращается активное хозяйственное использование земель, но сохраняется рекреационное использование, лицензионный лов рыбы и отстрел промысловых животных. Часть территории, включающая наиболее ценные экосистемы с редкими видами, может быть изолирована от посещения с организацией заповедной зоны.

На территории национального парка возможно ограниченное сельскохозяйственное использование части земель - умеренный выпас скота на степных травостоях, выборочная рубка деревьев и даже некоторое количество пашни, на которой растения выращиваются без применения пестицидов и минеральных удобрений.

В России 34 национальных парка и 30 природных парков (они отличаются тем, что подчиняются органам власти субъектов федерации).

Памятники природы. Памятники природы - это музеи природы, маленькие заповедники. Известный их пример - красноярские «Столбы». Если площадь заповедников обычно составляет тысячи или хотя бы десятки квадратных километров, то памятники природы имеют площадь в несколько гектаров. Памятники природы могут быть республиканского, областного или местного значения. Как правило, они охраняются общественными организациями и органами управления административных районов. В настоящее время в России охраняется около 9 тысяч памятников природы.

Заказники. Заказники - это временно охраняемая природная территория, создаваемая для восстановления популяции одного или нескольких видов растений или животных. Все виды растений и животных, которые не входят в число охраняемых в заказнике, могут использоваться в соответствии с экологическими нормативами.

В заказниках охотничье-промысловых животных создают условия для нормального воспроизведения популяций крупных животных, таких, как лоси, или осторожных птиц, таких, как тетерев или глухарь. Так, в Бирском государственном заказнике в Башкортостане (площадью свыше 18 тыс. га) охраняются лоси, зайцы-беляки, куницы, тетерева, в Архангельском государственном заказнике той же республики (1,8 тыс. га занятых в основном прудом) охраняют охотничье-промысловых водоплавающих птиц.

Заказники по охране лекарственных трав обычно имеют площадь в несколько десятков гектаров. В том же Башкортостане есть заказники по охране ландыша майского, адониса весеннего, мыльнянки, валерианы лекарственной и других видов.

Особый вид заказника - лесосады. Их создают в пойменных лесах: вырубают деревья и кустарники, не имеющие ресурсного значения, и на их месте сами разрастаются ценные виды (боярышник, калина, черемуха или шиповник).

В России 4000 заказников регионального значения и 65 государственных природных заказников федерального значения.

Кроме того, к ООПТ относятся ботанические сады и дендрологические парки (в федеральном подчинении находятся 80 садов и парков), зеленые зоны городов, лечебно-курортные местности и водоохранные леса первой группы. В России имеются территории, которые являются памятниками всемирного наследия. Это новая форма особо охраняемых природных территорий, создаваемых с целью сохранения историко-культурных и природных достопримечательностей объектов, имеющих общемировое значение (охраняются под эгидой ЮНЕСКО). В список памятников всемирного наследия включены российские объекты: «Девственные леса Коми», «Золотые горы Алтая», «Озеро Байкал», «Вулканы Камчатки».

...