Соотношение этих 4 классов углеводородов в нефти зависит от её сорта.

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами достигло 1/5 общей поверхности мирового океана. При попадании на водную поверхность нефть растекается и образует тонкую плёнку. Часть компонентов нефти растворяется, тяжёлые фракции нефти оседают на дно, изменяя качества воды: вкус, запах, цвет, вязкость, вода приобретает токсические свойства. Скорость перечисленных процессов зависит от многих факторов: сорта нефти, плотности, условий погодных, температуры и состава морской воды.

Влияние нефти на окружающую среду можно рассматривать как механическое и токсическое. В первом случае нефтяная плёнка нарушает газовый обмен океана и атмосферы углекислым газом CO2 и кислородом O2, поэтому препятствует дыханию водных организмов, а также их питанию и передвижению. Нефть попадает в дыхательные пути животных, вызывает их гибель. У морских птиц оперение покрыто водоотталкивающей жировой смазкой, предохраняющей тело от контакта с водой. При попадании нефти на оперение слой смазки нарушается, птица “намокает” в воде, что приводит к переохлаждению её тела.

Растворённая в воде нефть может оказывать токсическое действие на морские организмы, особенно на развивающиеся. Гибнут личинки морских организмов, икра, мальки рождаются с уродствами. Составные компоненты нефти накапливаются в жировой и мышечных тканях морских животных. Например, сильным канцерогеном является бенз(а)пирен. Он попадает в организм человека по пищевой цепочке.

Процессы биодеструкции нефти крайне замедленны, поэтому разработаны различные способы ликвидации разливов нефти: использование заграждений, ограничивающих распространение нефти по поверхности воды, удаление или выжигание. Крупные разливы нефти при определённых обстоятельствах сжигают. Удаляют нефть в основном механически, но созданы и химические средства для ускорения процессов очистки воды от нефти, под их действием идут процессы диспергирования нефти (образования эмульсий). Для этих целей используют сорбенты (диатомит, вермикулит). Диатомит - осадочная порода на основе диатомовых водорослей, обладает большой пористостью и малой плотностью. Вермикулит - алюмосиликатный минерал, образуется при выветривании магнезиально-железистых руд.

Тяжёлые металлы. В основном загрязнителями гидросферы являются хром, никель, медь, цинк, свинец, ртуть, кадмий. Попадают в воду они или из атмосферы, или при сбросе сточных вод. Ежегодное антропогенное загрязнение Мирового океана составляет: свинец ~2,1·106 т, ртуть ~7,0·103 т, кадмий ~1,7·104 т [2]. Тяжёлые металлы в воде адсорбируются на поверхности твёрдых частиц и выводятся из раствора или образуют комплексы с органическими и неорганическими лигандами, коллоиды. Растворённые тяжёлые металлы переходят в осадки. Например, за 100 лет содержание ртути в донных осадках увеличилось в 100 раз, высокое содержание ртути обнаружено в водах Балтийского и Северного морей. Ртуть попадает в окружающую среду при сжигании топлива, работы предприятий цветной металлургии, использовании в сельском хозяйстве как фунгицида для протравливания посевного материала, в качестве катализатора при синтезе пластмасс.

Большинство тяжёлых металлов - клеточные яды. Растворённая форма обычно токсичнее связанной, металлы, связанные с органическими. соединениями, токсичнее неорганических форм. Некоторые металлы действуют как синергисты: токсический эффект цинка и меди совместно в 8 раз превышает токсичность каждого из этих металлов, взятого в отдельности в таком же количестве. Повышенное содержание тяжёлых металлов в водах Мирового океана имеет негативные последствия как для гидробионтов, так и для людей, использующих морепродукты для питания.

Пестициды - собирательный термин, охватывающий химические соединения различных классов, применяемые для борьбы с вредными организмами в сельском хозяйстве, здравоохранении, промышленности и многих других случаях. Известно об использовании пестицидов природного происхождения ещё с Александра Македонского, когда порошок далматской ромашки применяли для борьбы с паразитами человека. В здравоохранении пестициды применяют для борьбы с переносчиками опасных заболеваний, как чума, малярия, многие кишечные заболевания и т. п. В промышленности для предохранения неметаллических материалов (древесины, текстильных изделий), для предохранения труб от коррозии. Большая часть пестицидов используется в сельском хозяйстве.

В качестве пестицидов применяют как неорганические, так и органические соединения, большинство современных пестицидов - синтетические вещества. Пестициды - очень устойчивые соединения, которые разрушаются в окружающей среде крайне медленно. Особенности химической структуры обуславливают их устойчивость к воздействию как физико-химических факторов окружающей среды (окислению, гидролизу, фотохимическому разложению и т. п.) так и биодеструкции (метаболичекому разложению под действием микроорганизмов и гидробионтов).

В окружающей среде происходит накопление токсичных веществ по пищевым цепям и аккумуляция их в организме животных. Первый пестицид ДДТ (дуст) был рекомендован к применению в 1938 г.

Его создатель - швейцарский химик Мюллер - получил за это открытие Нобелевскую премию. Пестицидом посыпали поля, с осадками и при поливе происходил смыв почвы в реки, и накопление ДДТ в водных организмах.

Накопление вещества в организме можно оценить коэффициентом накопления:

Наибольшую опасность представляет накопление ядовитых веществ именно в водных организмах, поскольку концентрирование в них ядов происходит интенсивнее, чем в наземных организмах вследствие большей длины водных пищевых цепей по сравнению с наземными.

Токсичные вещества не могут быть переварены или выведены из организма, поэтому происходит их накопление по ходу пищевой цепи. Накопление ядов в пищевых цепях нередко усиливается из-за меньшей скорости реакции и ограниченной подвижности животных, несущих в себе яд. Сильнее отравленные особи легче становятся добычей хищника, чем все остальные. В последующем ядовитые вещества могут переходить к птицам, питающимся рыбой, ластоногим и к человеку.

На рис. 11 над пищевой цепью указано во сколько раз происходит увеличение содержания ядов при передаче от одного организма к другому, под пищевой цепью - коэффициенты накопления.

Рассмотрим водную пищевую цепь, протекающую в сторону увеличения размеров тела:

Рис. 11. Накопление токсикантов в водной пищевой цепи [16]

ДДТ запрещён к применению с 1970 г., однако до сих пор его находят в крови и жировой ткани людей и даже в теле пингвинов Антарктиды.

Больше всего случаев отравления пестицидами приходится на развивающиеся страны, такие как Гондурас, Нигерия, Эквадор и др. Малограмотность населения этих стран приводит к несоблюдению ими инструкций по применению пестицидов, сбросу остатков и упаковочной тары в реки, применению ядов не по назначению (например, для лечения людей от глистов). Сельскохозяйственная продукция развивающихся стран попадает на Мировой рынок и поэтому неконтролируемое использование пестицидов может приводить к глобальным проблемам, связанным с отравлением большого количества людей. Пестицид ДДТ был первым пестицидом, поэтому он хорошо изучен в токсикологическом отношении. Те инсектициды, которые пришли ему на смену, не менее токсичны, но менее изучены.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - группа различных по химической структуре веществ, обладающих способностью понижать поверхностное натяжение жидкостей. Это свойство ПАВ обусловило их использование в нефтедобывающей, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности, а также в качестве бытовых моющих средств. Поступают ПАВ в Мировой океан с бытовыми и промышленными сточными водами, а также при устранении нефтяных загрязнений морской воды.

ПАВ обладают токсическим эффектом, но меньшим, чем пестициды. Они взаимодействуют с плазматической клеточной мембраной, нарушают её структуру и функционирование. Характерным последствием воздействия ПАВ на организм теплокровных является повышение уровня холестерина в крови, развитие атеросклеротического поражения сосудов. При длительном контакте с организмом ПАВ воздействуют на иммунную систему, что приводит к развитию аллергических заболеваний - дерматитов, бронхитов, астмы и т. п.

ПАВ обладают слабым кумулятивным эффектом, а также могут усиливать токсическое действие пестицидов. Если животным вводить одновременно пестициды и ПАВ, то содержание пестицидов в крови и тканях животных увеличивается в 1,5-3,5 раза по сравнению с контрольной группой [22].

В водоёме ПАВ нарушают процессы самоочищения, так как на их окисление расходуется большое количество растворённого кислорода. Они затрудняют дыхание водных организмов, активизируют процессы всасывания других токсичных веществ.

Особое опасение вызывает радиоактивное загрязнение Мирового океана. Вопросу радиационного загрязнения окружающей среды будет посвящена отдельная лекция, во-первых, потому что оно носит глобальный характер, а во-вторых, принципиально отличается фактор воздействия на окружающую среду. Поражающим фактором в подавляющем большинстве случаев выступает не химическая природа веществ, а физический фактор - ионизирующее излучение.

Самоочищение и эвтрофикация водоёмов

Замечательной особенностью водных экосистем является их способность к самоочищению и установлению биологического равновесия. Оно происходит в результате совокупного действия физических, химических и биологических факторов. К физическим факторам относятся интенсивное течение рек, обеспечивающее хорошее перемешивание и снижение концентрации веществ, оседание взвешенных частиц и нерастворимых осадков, воздействие ультрафиолетового излучения Солнца и др. Из химических факторов, например, можно выделить окисление органических и неорганических веществ, сорбцию растворённых веществ донными осадками. Решающую роль в процессе самоочищения играют водные биоценозы. Через пищевые цепи они обеспечивают многоступенчатую минерализацию органики и перевод её в донные отложения. Однако способность водоёмов к самоочищению не безгранична. При аварийных залповых выбросах неочищенных вод может быть погублена вся биота водоёма.

К нарушению равновесия в водоёме может приводить поступление в него веществ не только синтетического, но и природного происхождения, если их количество существенно превышает природную эмиссию. Чрезмерное обогащение водоёмов питательными элементами, такими как азот и фосфор, вследствие смыва с полей минеральных удобрений, приводит к эвтрофикации. Резко повышается биологическая продуктивность водоёма, начинается массовое размножение фитопланктона, в первую очередь неприхотливых сине-зелёных водорослей. Потребление водорослями большого количества кислорода приводит к его дефициту. Часть водорослей погибает, продукты гниения отмирающих водорослей отравляют водоём. Он “зацветает” и медленно умирает. Антропогенная эвтрофикация вызывается не ядовитыми загрязнениями, а тем, что считалось всегда безвредным - частицами почвы и удобрениями.

Лекция 8

Антропогенное воздействие на литосферу, педосферу и биологические ресурсы

Роль почвы как источника пищевых ресурсов. Основные причины утраты почвенного слоя: эрозия почв, загрязнение химическими веществами, прямое уничтожение. Проблема применения пестицидов, накопления твердых промышленных и бытовых отходов.

Ресурсный аспект взаимодействия человека и природы. Истощение запасов полезных ископаемых. Антропогенное воздействие на биологические ресурсы. Биоразнообразие, утрата видов.

Литосфера - верхняя оболочка Земли от 50 до 200 км. Рыхлый поверхностный слой Земной коры - почва (педосфера). Почва сформировалась из минеральных и органических веществ и населена гетеротрофными микроорганизмами и червями, что обеспечивает образование в них гумусового слоя. Почва - биокосное вещество. Биотические и биогенные компоненты составляют относительно небольшую, но очень важную часть почвы. Основные свойства почвы как экологической среды - это ее физическая структура, механический и химический состав, рН, содержание органических веществ, аэрация и увлажненность. Различные сочетания этих свойств образуют множество разновидностей почв и разнообразие почвенных условий - эдафических факторов. Процессы почвообразования начинаются с выветривания и разрыхления материнских пород - базальтов, гранитов, известняков, песчаников, глин. Слой выветривания постепенно заселяется микроорганизмами, растениями и животными, которые ускоряют преобразование и обогащают слой органическими веществами. Возникает почва. Процесс идет от поверхности к более глубоким слоям земли, поэтому большинство почв имеет выраженный слоистый почвенный профиль. Почвенные организмы включают: приблизительно 50 % бактерий, 25 % грибов, 13 % червей и других составляющих от личинок насекомых до роющих млекопитающих приблизительно 12 %. В одном гектаре плодородной почвы может содержаться до 10 т живой биомассы. Детритофаги почвы - черви и личинки насекомых - поглощают частицы почвы и остатки растительной пищи. Они пропускают через свой пищеварительный тракт органическую массу почвы, обогащая её и придавая ей мелко-комковатую структуру (разрыхляют). В результате разложения растительного детрита, состоящего из опада и отмерших растений, образуется гумус. Содержание гумуса определяет плодородие почвы.

Поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку. Производственной деятельностью человека в той или иной мере охвачено все пространство планеты. Можно оценить площадь земель, не затронутых хозяйственной деятельностью, % (по данным съемок из космоса) [2]:

Европа 5,7

Азия 22,9

Африка 27,0

Северная Америка 34,0

Южная Америка 20,9

Австралия 27,1

Вся суша 28,3 (без Антарктиды и других ледяных поверхностей).

Площадь, находящаяся под контролем человека, уже превысила, по мнению экологов, допустимый предел земельных ресурсов, подлежащих хозяйственному использованию. В будущем пашня может быть увеличена лишь за счет пастбищ и лесов, а это чревато серьезными эколого- экономическими потерями. Распаханность земель по странам и континентам разная: Бразилия - 1,1 %, Австралия - 1,2 %, Канада - 2,4 %, Индия - 30 %, остров Ява (Индонезия) - 70 %, Европа - 31 %. В России пашня занимает 14%. В нашей стране 70 % земельных ресурсов приходится на холодные и засушливые пояса (тундра, лесотундра, пустыни). Свободных цельных и залежных земель, пригодных для распашки, в стране не осталось.

Почва для человека прежде всего является источником пищевых ресурсов. Население планеты постоянно растет, и остро стоит задача обеспечения его продуктами питания. К середине XX века в странах пояса сухих субтропиков продовольственное положение резко ухудшилось из-за роста населения и дефицита плодородной земли. Поскольку освоение новых земель практически невозможно, то приходится повышать продуктивность. Наступление массового голода в 1950-70 гг. было задержано с помощью комплекса мер, получивших название “зеленой революции”. Были внедрены новые сорта сельскохозяйственных растений, устойчивых к заболеваниям, внедрены новые агротехнические приемы и средства защиты растений, обучение крестьян. Эти меры имели большое значение. Благодаря им во многих странах, таких как Индия, Индонезия, Бразилия урожаи зерна за 25 лет выросли в 2-3 раза, в Мексике - в 4 раза. Быстро развивалось и животноводство. Однако эти достижения “зеленой революции” оказались временными, поддерживать рост производства продовольствия все труднее. Увеличение мировых сборов зерна и других продуктов земледелия едва поспевает за ростом населения планеты, а в последние годы все чаще отстает от него. По данным “Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН” около половины населения мира в возрасте 16 лет получает ежесуточно 70% средней нормы питания. Даже в такой развитой стране, как США, 1/3 населения недоедает. В основном голодают в развивающихся странах Азии, Африки и Латинской Америки. Быстрый рост населения сопровождается все увеличивающимся дефицитом белка в питании (животного и растительного). Потребность в основных продуктах питания удваивается в среднем каждые 30 лет. Чтобы прокормить всех людей, которые будут жить после 2000 г., необходимо в 2 раза увеличить производство зерновых культур. Для этого нужно увеличить в 6,5 раз расходы на удобрения и в 6 раз на борьбу с вредителями, утроить расход энергии. Между тем уже сейчас на производство пищевых продуктов в мире затрачивается около 25 % всей вырабатываемой энергии. В связи с большой значимостью для человечества фонда почв должны быть приложены все усилия для его сохранения.

Современное состояние почвенного покрова определяется деятельностью человека. Ущерб, наносимый сегодня фонду почв, принял угрожающие размеры. Потеря верхнего слоя почвы - это "тихий кризис", который осознают далеко не все. В отличие от землетрясений, вулканических извержений или других стихийных бедствий этот катастрофический процесс разворачивается постепенно.

Основные причины утраты почвенного слоя.

1. Эрозия почвы. Под термином "эрозия" (от латинского erosia - разъединение) понимаются многообразные процессы разрушения и сноса почвенного покрова потоками воды или ветра (водная и ветровая). Толщина плодородного слоя обычно не превышает 20 см, на его образование природа затратила 2-3 тыс. лет. Человек в 100-1000 раз ускоряет процесс разрушения почвы. О масштабах эрозии можно судить по наносам крупнейших рек мира. Данные показывают, что ежегодно в океан реки выносят млрд т почвы. 1/4 потерянной почвы выносится в океан, 3/4 попадают в поймы рек, водохранилища, вызывают изменение их конфигурации. Водная эрозия преобладает в местах интенсивных дождей и при использовании дождевальных установок, ветровая характерна для районов с повышенными температурами, недостаточным увлажнением в сочетании с сильными ветрами. Ветровую эрозию называют пыльными бурями. В одних местах происходит выдувание почвы, в других - засыпание растений, накопление плодородной почвы в реках. Эрозия уносит вместе с водой и почвой биогенные элементы (P, N). Например, на Северном Кавказе местами выдут не только пахотный слой, но и материнская порода. Образуются "язвы выдувания" глубиной до 1,5 м и длиной до 10 м. В Ставрополье мощность снесенного слоя доходила до 6-10 см [14]. Человек своей техногенной деятельностью способствует эрозии почвы.

2. К разрушению почвы приводят неправильные методы земледелия: введение монокультур, когда они возделываются на одних и тех же полях. Нет севооборота и недостаточно возвращение в почву питательных веществ. 3. Нарушение правил агротехники: машинная деградация почвы (нарушение структуры пахотного слоя, смешивание его с подстилающей породой), распашка легко эродируемых почв, неправильная распашка склонов. Со склона идёт смыв почвы, поэтому пашут склоны поперёк.

4. Нарушение баланса воды в почвах. Деградация орошаемых земель. Нарушение водного режима приводит к перераспределению гумуса в структуре почвы и изменению её качественного состава. Результатом является вторичное засоление почв, заболачивание земель. Засоление происходит при накоплении в верхних слоях почвы вредных для растений солей (Na2CO3, MgCO3, CaCO3, Na2SO4, NaCl и др.) К нарушению баланса воды в почвах и ускоренной эрозии приводит вырубка лесов. Большие деревья с мощной корневой системой и растениями удерживают почву в прочной сети. После вырубки леса почва лишается защиты: талые и дождевые воды уносят частицы почвы в реки. Оголённые от леса обширные пространства становятся доступны сильным ветрам. Защитой от эрозии почв служат луга. Травянистые растения обладают хорошо развитой корневой системой.

5. Существует разновидность эрозии, вызванная выпасом скота: ускоренное поедание травы и выбивание почвы. Скот, содержащийся на ограниченном пространстве, полностью уничтожает растительный покров. В полупустынных и сухих степях чрезмерный выпас скота приводит к выбиванию дернины, ветровой эрозии и образованию барханов. “Техногенное опустынивание” - наиболее серьёзное проявление деградации земель, вызванное деятельностью человека и изменениями климата. Опустынивание составляет 7-10 млн га в год в мире. Оно может произойти за 3-4 года, а зарастание барханов длится 15-20 лет. Всё это приводит к передвижению песков и наступлению пустынь на степи, степи на саванны, саванны на тропические леса.

6. Загрязнение почвы. Если в атмосферу выбрасывается менее 1 млрд.тонн вредных веществ, в гидросферу около 15 млрд т загрязнителей, то на землю попадает ежегодно примерно 85-90 млрд т антропогенных отходов [2]. Наиболее опасны те токсичные терраполлютанты, которые могут попасть в питьевую воду или растения, служащие пищей для человека и сельскохозяйственных животных.

Главные источники загрязнений.

1. Бытовые отходы (отходы жизнедеятельности человека - остатки пищи, мусор и т. п.).

2. Твёрдые и жидкие отходы промышленных предприятий.

3. Атмосферные выпадения токсичных веществ (выбросы промышленных предприятий и транспорта, осаждающиеся на поверхность земли).

4. Сельскохозяйственные отходы и применяемые в агротехнике ядохимикаты.

Одна из серьёзных экологических проблем - твёрдые бытовые отходы (ТБО). В городах и крупных посёлках РФ каждый год образуется 140 млн м3 ТБО, т. е. почти по м3/год на каждого жителя. Избавиться от отходов можно несколькими способами:

- закопать (потребуются новые территории и значительные расходы на земельные работы, изоляцию и последующую рекультивацию;

- затопить (сохраняется опасность загрязнения гидросферы);

- сжечь (загрязняются атмосфера и гидросфера). Особую проблему при сжигании ТБО создают пластмассы. Доля пластмасс в отходах составляет 10-15 %. При разложении пластмасс выделяются диоксины, для которых ПДК = 5,1-10 мг/м3. Сжигание пластмасс только усиливает выделение диоксинов. Необходимо создать температуру более 820о С, чтобы разложить 98-99 % диоксинов. На Урале с высоко развитой промышленностью целесообразно сжигать пластики в высокотемпературных печах. Уже давно автопокрышки сжигают в цементных печах t = 1600о С, диоксины, фенолы и другие токсичные вещества обезвреживаются;

- утилизировать. Последний вариант предпочтителен, но он реален лишь для относительно небольшой части отходов и содержит немало технических, экономических и организационных трудностей. Пока в мировой практике не найдены простые и эффективные решения этого вопроса. Регенерация полимеров осложняется их несовместимостью. Строгая сортировка возможна лишь ручная, поэтому сбор и сортировка стоят дорого. Сейчас созданы системы, разделяющие материалы на основе различия инфракрасных спектров. С учётом всех затрат вторичное сырьё становится гораздо дороже исходного материала, поэтому в Европейском Союзе производители и потребители объединяют усилия по сбору и сортировке полимерных материалов.

При реализации проекта по переработке и утилизации ТБО важную роль играет менталитет населения. В ЮАР, например, повышена оплата пластиковых мешков. В США в магазинах установлены автоматы, спрессовывающие пластиковые бутылки с выдачей чека (5-10 центов за бутылку). Чек учитывается при оплате покупок. Лидирует по утилизации отходов Германия. При покупке напитков в пластиковых и жестяных банках введён залог (0,25 евро за 1,5 л и 0,5 евро при большей ёмкости). Залог возвращается при сдаче посуды. Интересные решения найдены и в России: в г. Соликамске реализуется проект производства пластико-песчаной черепицы из утилизированных пластиковых отходов.

Не меньшая проблема - отходы промышленного производства. Отходы содержат остатки от добычи сырья, его переработки, пришедшие в негодность оборудование и материалы. Накопление этих отходов наносит существенный урон почвенным экосистемам. Основной вред заключается в загрязнении почвы тяжёлыми металлами и их соединениями, изменении рН среды. Выбросы промышленных предприятий, загрязняющие атмосферу, осаждаются на земную поверхность. Главные поставщики таких отходов - развитые промышленные страны. Но это не означает, что все отходы образуются и накапливаются на их территории. В США, Японии существует отчётливая тенденция вытеснения наиболее “грязных” сырьёдобывающих и многоотходных технологий в другие, преимущественно в развивающиеся страны.

В 1999 г. Росгидрометом был проведен эколого-токсикологический анализ 34,4 млн га почв на содержание тяжелых металлов, выявлено 1,1 млн га загрязненных земель.

В табл. 6 выборочно приведены города России с различными категориями загрязнения почв металлами, в первоисточнике этих данных из 25 городов, приведённых в таблице, 12 города Свердловской области.

Таблица 6. Список городов России с различными категориями загрязнения почв металлами [14]

Город	Тяжёлый металл
Чрезвычайно опасная категория загрязнения
Норильск	Ni, Cu
Опасная категория загрязнения
Кировоград Реж	Zn, Pb, Cu, Cd, Ni, Cd, Co, Zn
Умеренно опасная категория загрязнения
Алапаевск Асбест Березовский Екатеринбург Нижний Тагил Первоуральск	Ni, Cr, Zn, Cu Ni, Cr, Zn, Cu Zn, Pb Zn, Pb, Cu Cu, Pb, Zn Cu, Pb, Zn

В основном в борьбе с отходами применяются энергозатратные технологии: физико-химические, термические и др. Однако в последние годы наметился прорыв за счёт использования биотехнологий, требующих существенно меньших затрат.

· В Чехии в курортных районах для сохранения чистоты водоёмов пестициды и гербициды заменены “белыми скворцами”, успешно осуществляющими борьбу с вредными насекомыми.

· Для переработки органосодержащих отходов с получением ценных удобрений успешно используются красные калифорнийские черви.

· В прудах доочистки стоков нефтеперерабатывающих предприятий основным “чистильщиком” являются некоторые виды рыб.

· Широкое использование получили биоинженерные методы, основанные на использовании гидробионтов (микроорганизмы, водоросли, макрофиты - тростник обыкновенный, камыш озерный, рогоз узколистный) для удаления нефтепродуктов, тяжёлых металлов. Древняя эйхорния, высшая водная растительность, очищает природные водоемы и сточные воды от множества ингредиентов.

· Были найдены микроорганизмы, которые при определённых анаэробных условиях очищают стоки от соединений Cr(VI). Подобная технология внедрена в городе Запорожье.

· Работают над созданием бактерий, поедающий пластик. Это прогресс, но если такие бактерии вырвутся на свободу, то, что они съедят в окружающей среде, трудно предсказать.

Существенным фактором загрязнения среды является химизация сельского хозяйства. Даже минеральные удобрения при неправильном их применении способны наносить экологический ущерб. Высокие дозы азотных удобрений являются одной из причин накопления в растениях нитратов. Сами по себе нитраты не очень токсичны. Но под действием микрофлоры кишечника восстанавливаются в нитриты, которые во много раз токсичнее.

В 40-х годах прошлого столетия для уничтожения вредных (с точки зрения человека) организмов начали широко применять синтетические органические соединения - пестициды. В зависимости от объекта назначения их подразделяют на инсектициды (убивают насекомых), гербициды (уничтожают сорняки), фунгициды (средства против грибковых заболеваний) и др. Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для других групп организмов, в том числе и людей. Все они биоциды - вещества, угрожающие различным формам живого. Пестициды оказались эффективным средством борьбы с насекомыми, что привело к резкому росту урожая, а также средством борьбы с переносчиками инфекционных заболеваний (сыпного тифа, малярии и т. п.). Однако вскоре стало очевидно, что их применение вызывает целый ряд проблем:

· приспособляемость и развитие устойчивости вредителей к применяемым препаратам;

· восстановление и вторичные вспышки численности вредителей, повышение их агрессивности;

· рост затрат на применение в возрастающих дозах всё новых и более дорогих пестицидов;

· отрицательное воздействие на природную среду и здоровье человека.

На рис. 12 приведена динамика роста мировых затрат на применение пестицидов

Рис. 12. Динамика применения пестицидов в мире (в млрд долл США) [17]

Спустя более полувека с начала применения пестицидов следует признать, что химическая война с вредителями сельского хозяйства практически полностью проиграна. Несмотря на много миллиардные затраты на производство и применение пестицидов, потери урожая от вредителей не уменьшились. Насекомые приспосабливаются к ядам гораздо быстрее, чем разрабатываются новые препараты. Устойчивость некоторых генетических модификаций вредителей в сотни раз выше, чем у исходных форм. Уже не существует эффективных средств против таких вредителей, как колорадский жук, капустная моль. В итоге люди не сумели защитить растения, не смогли полностью уничтожить ни одного вида вредоносных организмов, зато увеличили загрязнение почв и биосферы в целом. Новая стратегия защиты сельскохозяйственных культур должна исходить не из идеи уничтожения неугодных нам форм жизни, а из идеи контролируемого сосуществования с ними и сдерживания численности агрессивных видов.

Кроме воды, воздуха, почвы существуют ещё другие природные ресурсы также испытывающие воздействие со стороны человека.

Ресурсный аспект взаимодействия человека и природы

Природные ресурсы - важнейшие компоненты окружающей среды человека, используемые для создания материальных и культурных потребностей общества (вода, почва, растительный и животный мир). Природные ресурсы делятся на неисчерпаемые и исчерпаемые. Последние, в свою очередь, на невозобновимые и возобновимые. Неисчерпаемые ресурсы - количественно неиссякаемая часть природных ресурсов - вода, солнечная энергия, внутриземная энергия, воздух. В масштабе всей гидросферы запасы воды остаются неизменными. Однако человек вносит сегодня существенные изменения в состав и структуру водных экосистем. Чистая вода и чистый воздух, как мы видим из всего сказанного, перешли в категорию исчерпаемых ресурсов. Исчерпаемые - ресурсы, количество которых уменьшается по мере их добычи или изъятия из природной среды. Невозобновимые ресурсы - богатство недр - они либо не восполняются (медь, алюминий, железо и т. д.), либо их запасы восполняются медленнее, чем происходит их потребление (нефть, уголь, горючие сланцы). Возобновимые ресурсы (почвы, растительные и животные ресурсы) - они самовоспроизводятся. Однако для существования такого процесса необходимо, чтобы темпы изъятия человечеством этих ресурсов из биосферы были сопоставлены с темпами их воспроизводства.

Минеральные ресурсы

Металлы. 99 % массы континентальной земной коры составляют: кислород, кремний и ещё семь химических элементов. Средняя концентрация остальных элементов мала. К распространенным металлам относят (Al, Mg, Ti, Fe). Остальные металлы геохимически редки.

Таблица. Содержание химических элементов в литосфере, % [2]

O	45,2
Si	27,2
Al	8,0
Mg	2,8
Na	2,3
K	1,7
Ti	0,9
Ca	5,1
Fe	5,8
Другие	1,0

Минеральные ресурсы стали разрабатываться быстрыми темпами с возникновением добычи металлов и введением их в культуру. Первым металлом, который начал использовать человек, была медь, скорее всего самородная. Она уступала по твёрдости камню, но при нагревании её можно было размягчать и затем выковывать орудия для работы. В III тысячелетии до н. э. кроме меди стали использовать её сплав с оловом и свинцом - бронзу. С середины I тысячелетия до н. э. широко распространилось железо. Появились первые шахты и рудники. С тех пор потребность в металлах всё время увеличивается.

Для производства распространённых металлов не существует принципиальных технических и экономических трудностей, но оно сопровождается значительным загрязнением окружающей среды. Человек играет роль мощного концентратора редких металлов в пространстве биосферы.

Неметаллические полезные ископаемые. Примерно 1/3 их составляет сырьё для химической промышленности и производства удобрений (фосфорных, азотных, калийных), а 2/3 строительные материалы. Источниками фосфора являются месторождения фосфоритов, апатитов и других фосфатных минералов, большая часть которых представляет собой преобразованные морские отложения. Апатиты - изверженная горная порода. Калий - широко распространённый элемент и концентрируется в месторождениях калийных солей морского происхождения в основном виде KCl или в смеси с хлоридами натрия и магния. Ресурс азота практически неисчерпаем, поскольку для производства аммиака и других соединений используется азот воздуха.

Строительные материалы - камень, песок, гравий, глина, известняки, гипс слюда, асбест. Часть из них используется в том виде, в котором добывается, подвергаясь лишь механической обработке, другая группа подвергается химической и термической обработке (например, глина для производства кирпича и керамики). Месторождения этих материалов широко распространены и достаточно велики запасы.

Запасы минеральных ресурсов большинства основных ископаемых достаточно высоки, но их добыча связана с загрязнением окружающей среды. Однако истощение невозобновимых ресурсов со временем неизбежно. Поэтому первоочередной является задача бережного использования ресурсов, изыскания возможности их регенерации за счёт применения вторичного сырья, а также поиск заменителя до исчерпания того или иного природного ресурса. Особенно быстро расходуются запасы полиметаллических руд, содержащих Ni, W, Mo, Cu, Pb, Zn, Sn (их запасов по прогнозам на 30-60 лет). Актуальными в данном случае становятся безотходные технологии, или точнее малоотходные, так как абсолютно безотходных технологий не существует.

Воздействие человека на биологические ресурсы

Деятельность человека проявляется в вырубке леса, прямом истребление видов живых организмов (рыб, птиц, зверей), нарушении и уничтожении природных биоценозов, уменьшении биологического разнообразия.

На заре земледелия и скотоводства лесами были покрыты не менее 62 млн кв. км поверхности суши. За время цивилизации уничтожены 35 % площади лесов, причем больше половины этой доли - за последние 150 лет. Греция и ряд средиземноморских стран практически лишились лесов. Сейчас в основном уменьшается площадь тропических лесов (леса Центральной и Южной Америки, стран Юго-Восточной Азии). Потери леса происходят из-за потребления древесины, лесных пожаров, кислотных дождей и прочих причин. Сохранение этих тенденций представляет очень серьёзную экологическую угрозу.

1. Сокращается биомасса и продуктивный потенциал биосферы. Идёт ослабление газовой функции биосферы и её способности строго регулировать состав атмосферы.

2. Уменьшается вклад транспирации (испарение) в круговорот воды на суше. Это приводит к изменению режима осадков и климата. В зоне тропических лесов влагооборот почти полностью зарегулирован растительностью. Её уничтожение в условиях интенсивной солнечной радиации приводит к иссушению. Ослабление средорегулирующей функции лесов усиливает влияние случайных слагаемых климата, делает его менее устойчивым.

3. Вместе с лесом исчезают многие виды, уменьшается биологическое разнообразие. Так, влажные тропические леса занимают по площади всего ~ 8 % поверхности Земли, в них проживает почти половина всех видов животных (в некоторых литературных источниках указывается 2/3, в том числе 80 % насекомых). Многие виды очень ценные. Если вырубка лесов в бассейнах Амазонки и Конго будет продолжаться такими темпами, то в ближайшие десятилетия будет утрачена существенная часть генофонда планеты.

Биоразнообразие является не только условием существования экосистем, но и важным для человека ресурсом. Человек использует животных и растения для питания, производства лекарств, ценных эфирных масел, восков, красителей, дубильных веществ и т. п. Под угрозой исчезновения сейчас находится более 10 тыс. видов в основном высших растений, позвоночных животных и некоторых групп насекомых.

Большое хозяйственное значение имеют водные биоресурсы. В настоящее время в мире вылавливается ежегодно более 100 млн т рыбы и еще около 10 млн т других морепродуктов (китов, тюленей, ракообразных, водорослей). В сумме это составляет небольшую часть общей биопродукции океана, но очень существенную часть ежегодной продукции указанных групп организмов. Ущерб водным биоресурсам наносится не только промыслом, но и техногенным нарушением нерестилищ, путей миграции, загрязнением акваторий. Существенную роль в этом играют гидротехнические сооружения (водохранилища, платины, каналы). Строительство каналов изменяет состав вод. Например, Панамский канал оказался практически непреодолим для морских видов: в его трассу включено около 65 км пресных вод озер. Плотины гидроэлектростанций перекрывают путь нереста рыб, неустойчивость водного режима приводит либо к затоплению, либо к высыханию прежних нерестилищ. Образование искусственных водохранилищ меняет облик ландшафта: исчезают прежние биоценозы (луговые, лесные), формируются системы околоводных сообществ. Неустойчивость уровня воды отрицательно влияет на околоводных млекопитающих и птиц, заселяющих побережья и мелководные зоны водохранилища.

Ещё одним видом воздействия человека на биологические ресурсы является непредумышленное расселение видов [3]. С давних пор человек совершал путешествия, вместе с ним с одного континента на другой перемещались животные и растения. Результаты интродукции живых организмов в новую среду ведут к постепенному изменению распределения видов на планете и создают прецеденты их весьма неблагоприятного воздействия на естественные условия:

1. “Демографический” взрыв интродуктированного вида, угнетающего другие виды в результате конкуренции, хищничества, паразитизма. Например, колорадский жук, первоначально распространенный в скалистых горах Северной Америки, где он питался дикими пасленовыми растениями, в 1920 г. был обнаружен во Франции. Дальнейшее распространение по всему миру произошло с развитием культуры картофеля.

2. Перемещение видов часто становится причинами появления новых болезней и вспышек эпидемий. В 1938-39 гг. в Бразилии в результате вспышки малярии погибло более 12 тыс. человек. Малярийных комаров завезли из Южной Африки на самолете.

3. Интродуктированные виды перестраивают сообщество аборигенных видов. В 1965 г. в систему водоемов Панамского канала попал чужеродный вид окуня. Это привело к поеданию им популяций мелких рыб. Нарушились пищевые цепи, зацвела вода, началось массовое развитие зоопланктона, резко возросла вероятность вспышек малярийных заболеваний.

В последнее десятилетие в России формируется законодательная основа охраны природы страны. Приняты Федеральные законы “О животном мире” (1995), “Об особо охраняемых территориях” (1995), “Об экологической экспертизе” (1995), “Лесной кодекс Российской Федерации” (1997) и ? 20 других федеральных законов. Редкие и исчезающие виды охраняют в государственных заповедниках, национальных и природных парках и т. д.

Лекция 9

Особенности современной экологической ситуации. Причины и перспективы возникновения глобального экологического кризиса

Современная демографическая ситуация и ее следствия. Численность человечества, тенденции ее изменения. Обеспеченность пищей и качество жизни. Социальные последствия роста народонаселения.

Экологические кризисы и катастрофы (природные и техногенные). Особенности современной экологической ситуации. Причины и перспективы возникновения глобального экологического кризиса.

Численность человечества в 1999 г. достигла 6 млрд человек. В природе для относительно крупных млекопитающих (к которым относится и человек) такая численность беспрецедентна. К такому порядку величин не приближаются ни домашние животные, ни дикие. Численность вида животных в природе ограничивается емкостью среды и на протяжении длительной эпохи мало меняется, колеблясь около некоторого относительно постоянного уровня. Для млекопитающих существует достаточно выраженная зависимость между массой тела и численностью. Рангу массы тела от 10 до 100 кг, к которому относится человек, соответствует максимальный размах значений видовой численности от 104 до 106 (исключены виды разводимых животных, редкие и исчезающие виды). Численность человечества сегодня более чем в 10 тыс. раз превысила нормальную биологическую обусловленную численность вида.

В современном мировом народонаселении доля женщин равна 49,7 % с колебанием в разных странах от 48 до 53 %. Средняя продолжительность жизни людей 63,8 года; мужчин - 61,8; женщин 65,9. Существует эмпирическая зависимость продолжительности жизни млекопитающих в неволе от массы тела. Согласно этой зависимости продолжительность жизни человека массой 70 кг должна составлять около 28 лет. Продолжительность жизни современного человека в среднем в 2-2,5 раза превышает естественную продолжительность жизни млекопитающих животных с такой же массой тела.

По данным демографической истории средняя продолжительность жизни неолитического человека (10 тыс. лет назад) обычно не превышала 20 лет. Главной причиной смерти взрослых в эпоху палеолита и мезолита являлась насильственная смерть (гибель в разного рода стычках и от диких животных, людоедство, смерть от голода, холода, стихийных бедствий, ритуальных убийств). Самая высокая смертность была у детей: неокрепший детский организм сталкивался с тяжелыми условиями существования и погибал, выживали только наиболее приспособленные. На ранних стадиях развития человечества был распространенный обычай детоубийства. Средний возраст матери при рождении первого ребенка составлял 14 лет.

Данные о медном, бронзовом и железных веках свидетельствуют о том, что возраст умерших стал постепенно увеличиваться и переходить 30 летний рубеж. Средняя продолжительность жизни в XVIII веке во Франции составляла 37,5 года, в Швеции - 34,5 года [23].

В 2000 г. средняя продолжительность жизни в разных странах составляла [3]:

Известны три места, славящиеся своими долгожителями: Кавказ, Вилькабамба (Южный Эквадор), Хунза (северо-восточный Пакистан). Некоторые долгожители умирают в возрасте 160-168 лет.

Рост численности населения наряду с увеличением продолжительности жизни создаёт популяционную нагрузку на ресурсы и окружающую среду, приводит к социально-экономическим последствиям скученности населения в больших и сверхбольших городах.

Особенности роста народонаселения

На протяжении многих тысячелетий народонаселение мира росло чрезвычайно медленно. Начиная с эпохи географических открытий, нарастание числа людей на Земле становится экспоненциальным, а с 1600 по 1990 годы - гиперболическим.

Рис.13. Рост населения Земли за последние 400 лет [2]

В 1500 г. население планеты составляло 425 млн человек. По прогнозам экспертов Фонда народонаселения ООН к 2025 г. численность населения составит 8,2ч8,3 млрд человек. К середине XXI века - 12 млрд человек.

Очень быстрое увеличение численности человечества во второй половине XX века называют демографическим взрывом. За 50 лет (1949-1999 гг.) народонаселение мира увеличилось в 2,5 раза (с 2463 до 6010 млн чел.). Пик прироста населения пришелся на конец 70-х годов (2,1 % в год). Для увеличения народонаселения от 1 до 2 млрд человек понадобилось 107 лет, для 3-го млрд - 32 года, для 6-го - 12 лет. Сейчас темпы роста мирового населения несколько снижаются, но ещё далеки от стабилизации [24]:

1970-75 гг.2,0 %

1980-85 гг.1,67 %

1995-2000 гг 1,5 %

Кроме особых факторов эволюции и истории человечества, допустивших неуклонный рост населения, значительное его ускорение связано со снижением смертности от эпидемий и голода. В XX в. к этим факторам добавилось резкое снижение детской смертности в развивающихся странах, связанное с улучшением гигиенических условий и успехами медицины.

Вклад разных стран и континентов в общую картину роста народонаселения далеко не одинаков. Наблюдается тенденция резкого изменения структуры населения: демографический разлом “север-юг”. Техногенный богатый Север (самые крупные страны США и Россия). В Северном регионе в настоящее время проживает ? 20 % мирового населения. Рост численности населения на Севере уменьшился до 0,3 % в год. В Европе близок к нулевому. Так, в Германии, Венгрии, Болгарии, Италии прирост коренного населения прекратился. С начала 90-х гг. в России смертность превысила рождаемость. Южный регион (Китай, Индия, Эфиопия) - бедный и голодный, здесь сосредоточено примерно 80 % мирового населения. В Африке прирост населения в год составляет 2,7 %. Именно эти страны и ответственны за демографический взрыв в прошлом. Сейчас на каждые 10 детей - 9 рождаются на “Юге” и 1 - на “Севере”. Разница в рождаемости приводит к увеличению доли населения Южного региона в мировом:

в 1950 г. - 67 % мирового населения составлял Юг;

в 1980 г. - 75 %;

в 2020 г. - 84 % (по прогнозам).

Стихийное развитие демографических процессов может иметь тяжелые, даже катастрофические последствия социально-экономические и экологические.

Само по себе превышение нормальной численности крупного консумента, каким является человек, в 104 раз не может не сказаться на биотическом равновесии и конкурентных взаимоотношениях. Человечество съедает за год около 1 млрд т пищи [2]. Емкость планеты оценивается большинством экологов в 1,0-1,5 млрд человек, при идеальных условиях существования: достаточное энергообеспечение, качественная вода, комфортные условия существования, сохранение экологического баланса на планете. Прокормить Земля может до 15 млрд человек. Однако по мере роста населения будет происходить его обеднение. На 1 % прироста населения требуется 4 % увеличения валового национального продукта. Такой прирост сегодня не может обеспечить даже самая развитая экономика Японии.

Воздействие вида Homo sapiens на окружающую среду не ограничивается только биотическим влиянием. Освоены все пригодные для проживания территории, человек потребляет такое количество веществ и энергии, которые в десятки и сотни раз превосходят его чисто биологические потребности.

Количественная экспансия человеческого общества привела к непомерному уровню и быстрому нарастанию антропогенной нагрузки на природу. Загрязнение окружающей среды растет пропорционально росту населения. Десятикратное превышение оптимума численности населения чревато включением и других факторов, зависящих от плотности населения: эпидемии (чума, грипп, СПИД), войны (борьба за ресурсы и территории). Появляются следствия проявления закона “На всех не хватит”.

Сложилась неодинаковость условий и качества жизни разных популяций, глубокая экономическая и социальная дифференциация разных частей человечества. Это неравенство за историю существования не смягчилось, а стало более контрастным, цивилизация все время наращивала разрыв между максимальными возможностями получения благ и их реальной доступностью для многих людей. Неравенство жизни - источник самоконфликтности, поэтому серьезно обострилась социальная и социально-психологическая ситуация в мире. Прирост населения происходит в основном за счет людей, которым недоступны высокие стандарты благополучия. В Южном регионе падает производство продовольствия на душу населения. Уже в ближайшие годы они не смогут обеспечить себя продовольствием. Острый дефицит, которого и рост безработицы могут стать детонатором социальных потрясений. Эти люди знают об уровне жизни в других странах благодаря средствам массовой информации. Согласно фундаментальным законам экологии дисбаланс численности популяции и экологической емкости среды обитания стимулирует перемещение части особей на другие территории, где выше обилие жизненных ресурсов. Жители развивающихся стран мигрируют в страны развитые. Стимулы к массовым перемещениям с Юга на Север будут нарастать. При дальнейшем сохранении демографического спада на Севере для некоторых европейских стран не исключена перспектива остаться в меньшинстве в собственных странах, ввиду притока иммигрантов из регионов с избыточным населением.

В 90-х г. началось сокращение коренного населения в Германии, Франции и других странах Европы, России - депопуляция. В табл. 7 приведены значения темпов прироста населения России с 1960 по 2002 г. Как видно из таблицы, на протяжении всего рассматриваемого периода происходило неуклонное сокращение этого показателя. Единственным исключением является 2002 г., темпы прироста за который отражают результаты переписи, показавшей большую величину численности постоянного населения, чем дают данные текущего учёта.

Таблица 7. Темпы прироста населения России, % [26]

Годы	Темпы прироста за год	Годы	Темпы прироста за год	Годы	Темпы прироста за год	Годы	Темпы прироста за год
1960	1,44	1971	0,57	1982	0,68	1993	-0,21
1961	1,36	1972	0,58	1983	0,76	1994	-0,04
1962	1,18	1973	0,55	1984	0,69	1995	-0,22
1963	1,07	1974	0,63	1985	0,71	1996	-0,32
1964	0,90	1975	0,68	1986	0,89	1997	-0,27
1965	0,70	1976	0,71	1987	0,85	1998	-0,28
1966	0,66	1977	0,70	1988	0,71	1999	-0,53
1967	0,52	1978	0,68	1989	0,45	2000	-0,51
1968	0,53	1979	0,55	1990	0,34	2001	-0,60
1969	0,52	1980	0,53	1991	0,11	2002	0,60*
1970	0,50	1981	0,57	1992	-0,02	2003	-

* С учётом данных переписи населения 09 октября 2002 года.

В демографическом плане депопуляция означает самоубийство населения, исчезновение нации и культуры. Экономические последствия депопуляции связаны прежде всего с сокращением рабочей силы, трудоспособного потенциала, вовлечённого в производство. Это может привести к замедлению экономического роста, сужению возможностей технического уровня производства.

Социальные последствия депопуляции весьма многообразны. Часть их прежде всего связана со старением населения (увеличение доли пожилых людей в населении страны). Последнее порождает новые требования к социальному обеспечению и медицинскому обслуживанию пожилых и старых людей. Сокращается доля трудоспособного населения, что создает трудности в пенсионном обеспечении. В связи с этим даже в Японии, стране с самым высоким уровнем и продолжительностью жизни, вынуждены пойти на увеличение пенсионного возраста до 70 лет.

В ряду социальных последствий депопуляции называют проблему инфантилизации подрастающих поколений. Гиперопека над детьми в малодетных семьях приводит к воспитанию эгоцентрической, социально некомпетентной личности, замкнутой только на собственных интересах, не обладающей чувством ответственности, не способной к самостоятельному принятию решений.

Для России с её огромной территорией депопуляция неизбежно будет означать ухудшение её геополитического положения в мире. Снижение численности населения России на фоне роста населения большинства соседних стран неизбежно вызовет сильнейшее миграционное давление на страну, а возможно и попытки территориальной экспансии.

...