Биотехносфера: экология и безопасность жизнедеятельности

Ожидаемые результаты роста интенсивности химического загрязнения атмосферы можно проиллюстрировать данными, полученными на урбанизированных территориях промышленных регионов (Ревич, 2007). По данным российских специалистов, химическое загрязнение воздуха городов ежегодно становится причиной преждевременной смерти десятков тысяч людей (Ревич и др., 2004), достигая 17% от общей смертности городского населения (Рахманин и др., 2005). На Земле в целом, по предварительным и далеко неполным оценкам, химическое загрязнение воздуха в промышленных зонах вызывает преждевременную смерть не менее 2 миллионов человек (Глобальная экологическая перспектива, 2007). В обозримом будущем эта цифра, вероятно, будет только увеличиваться. В глобальном масштабе результаты от контроля за промышленными выбросами в значительной мере сводятся на нет стремительной урбанизацией и хозяйственным освоением все новых регионов, что сопровождается ростом количества неконтролируемых источников загрязнения среды (Суздалева, 2014; Суздалева, Гальцова, 2015).

Тепловое загрязнение атмосферы вызывается ее непосредственным подогревом. Значительная часть используемых человеком энергетических ресурсов рассеивается в форме тепловой энергии. Поэтому высказывалось мнение, что чем более высокими темпами будет развиваться энергетика, тем большее количество тепла будет поступать в окружающую среду (Будыко, 1962), а сам данный феномен ранее также обозначался термином «энергетическое» загрязнение В современном понимании этот термин используется более широко и включает поступление в среду не только тепловой, но и других видов энергии, например, электромагнитное загрязнение среды.. Известные ученые уже давно указывали на опасность этой формы проявления глобального техногенеза (Будыко, 1977; Израэль, 1984). Подсчитано, что увеличение производства энергии от 4 до 10% в год приведет к тому, что не позже чем через 100 - 200 лет количество тепла, создаваемого человеком, будет сравнимо с величиной радиационного баланса всей поверхности континентов. Это вызовет глобальные климатические изменения, по своему размаху превышающие возможные последствия парникового эффекта.

Процессы теплового загрязнения атмосферы исследуются главным образом на территориях мегаполисов, где его проявления уже достигли уровня, способного при определенных условиях создать угрозу для здоровья населения. В результате поступления в среду техногенного тепла над крупными городами образуются куполообразные скопления подогретого воздуха, обозначаемые как «острова тепла» (Дроздов и др., 1989) или «тепловые шапки» (Берлянд, Кондратьев, 1972). В настоящее время данное явление рассматривается как сугубо локальное, а сопутствующие ему негативные воздействия - как периодически возникающие и кратковременные. Подобный взгляд не отражает существующие реалии и тенденции их развития. Существование тепловых шапок над многими городами уже давно стало обыденным событием. Недостаток внимания к данному фактору связан с тем, что подавляющее большинство промышленно развитых стран расположено в регионах, где естественный температурный режим большую часть времени существенно ниже значений экологического оптимума данного фактора для человека. Повышение температуры на несколько градусов в холодный сезон не воспринимается людьми как ухудшение условий. Негативное воздействие теплового загрязнения воздушной среды в городах умеренного пояса ощущается в период летнего температурного максимума, когда аналогичное повышение температуры превышает экологический оптимум человека. Проблема значительно усугубляется, когда тепловая шапка начинает блокировать воздухообмен города с окружающей территорией. В результате в приземном слое атмосферы происходит накопление химических и механических загрязнителей (выхлопных газов автотранспорта и т.п.). Помимо прочего, это создает условия для развития наиболее опасных форм вторичного загрязнения воздушной среды, например, фотохимического смога.

Наблюдающиеся тенденции указывают на возможность глобализации теплового загрязнения атмосферы и связанных с ним негативных воздействий. Прежде всего это связано со стремительной урбанизацией поверхности планеты, которая уже в обозримом будущем распространится на большую часть территории, пригодной для заселения людьми (Суздалева, 2014). В некоторых странах уже осуществляются попытки застройки прибрежных морских акваторий путем возведения на них искусственных островов.

Рассматривая масштабы теплового загрязнения атмосферы, следует отметить, что тепловые шапки охватывают территории, далеко выходящие за пределы городской застройки. Так, тепловая шапка над Москвой простирается на расстояние 3-4 радиусов от города (Обухов, 1982). Урбанизация неминуемо приводит к укрупнению подобных образований, которые вскоре могут принять не только региональные, но и более крупные масштабы. Обусловленные тепловым загрязнением атмосферы, негативные явления выйдут на новый, еще малоизученный уровень. Например, можно ожидать воздействия теплового загрязнения со стороны урбанизированных территорий на сохранившиеся между ними природные экосистемы. Этот фактор может стать одной из причин их деградации.

Вторичное загрязнение атмосферы. Под вторичным загрязнением подразумевается образование экологически опасных веществ в ходе физико-химических и биологических процессов, протекающих в окружающей среде. В наиболее простой форме явления происходят в два этапа. На первом из них в результате человеческой деятельности поступают вещества, которые в данном контексте можно обозначить как «первичные» загрязнители». На втором этапе первичные загрязнители, реагируя друг с другом или подвергаясь различным физическим, химическим и биологическим факторам среды, трансформируются в иные, часто значительно более экологически опасные соединения. Таким образом возникают «агенты вторичного загрязнения окружающей среды». Они, как и первичные загрязнители, в подавляющем большинстве имеют техногенное происхождение, но возникают в отсутствие не только экологического, но и технологического контроля со стороны человека. Эти процессы в значительно меньшей степени поддаются прогнозированию. Как правило, вторичное загрязнение среды привлекает внимание специалистов-экологов и общественности уже после того, как его негативные последствия стали очевидны.

Примером вторичного загрязнения атмосферы является образование так называемого «фотохимического смога». Это высокотоксичные атмосферные аэрозоли, которые являются продуктами трансформации под воздействием солнечной радиации различных вредных примесей в атмосфере (агентов ее первичного загрязнения), главным образом, окислов азота и углеводородов (Friedlander, Seinfeld, 1969; Воробьева, Степанова, 2008; Трифонов, Девисилов, 2010).

Актуальность и масштабность проблем вторичного загрязнения неуклонно возрастают. Технологическое развитие сопровождается выбросом в атмосферу новых, ранее не присутствовавших в ней соединений. Они могут быть химически инертны и не обладать выраженной токсичностью. Технологии, в ходе которых они образуются, рассматриваются как экологически чистые. Но, учитывая почти бесконечное разнообразие выбрасываемых в среду техногенных веществ, предсказать процессы их совокупной трансформации затруднительно. Проблема прогнозирования последствий вторичного загрязнения усугубляется тем, что трансформация первичных загрязнителей может представлять собой не рассмотренный выше двухэтапный процесс, а включать большее количество стадий.

Практически все вещества, включающиеся в состав атмосферы (за исключением инертных газов), могут трансформироваться в соединения, обладающие иными свойствами. По этой причине глобализация химического и механического загрязнения атмосферы неминуемо влечет за собой глобализацию процессов ее вторичного загрязнения.

Следует отметить, что взгляд на явления вторичного загрязнения лишь как на одну из форм глобального техногенеза - это упрощение проблемы, приводящее к недопониманию ее значения. Эти бесконтрольно протекающие процессы по мере своего функционального развития и пространственного распространения постепенно формируют новую геохимическую систему нашей планеты. Их изучение и разработка методов, способных если не контролировать, то хотя бы прогнозировать развитие этих тенденций, представляет собой трудноосуществимую, но вместе с тем весьма важную задачу.

Приоритетное значение в деятельности, направленной на предотвращение глобального загрязнения атмосферы, в настоящее время занимают попытки ограничить выбросы промышленных предприятий и ужесточить учет эмиссии загрязнителей Ужесточение учета эмиссии загрязнителей, как правило, приводит к увеличению размера выплат за загрязнение окружающей среды. Поэтому конечная цель подобных мер декларируется как создание стимула для внедрения технологий, использование которых сопровождается уменьшением атмосферных выбросов.. В соответствии с главенствующей в природоохранной деятельности «ограничительной парадигмой» разрабатываются и внедряются новые технологии, позволяющие снизить количество выбрасываемых в атмосферу загрязнителей или снизить экологическую опасность этих выбросов, изменив их химический состав. Эти цели достигаются двумя основными путями: внедрением новых технологий производства продукции и внедрением новых систем очистки атмосферных выбросов В экологической литературе и природоохранных стандартах в совокупности эти меры обозначаются как «внедрение наилучших доступных технологий».. Если оценивать результативность данных мер на уровне отдельного хозяйствующего субъекта Согласно действующим международным стандартам, регламентирующим внедрение и деятельность систем экологического менеджмента (ISO 14001 и др.), предусматривается оценка эффекта именно на уровне конкретных организаций., то их позитивный эффект нередко достаточно очевиден. Вместе с тем уровень загрязненности атмосферы в глобальном масштабе практически по всем рассмотренным выше формам загрязнения (за исключением радиоактивного Это является результатом категорического запрета проведения отрытых испытаний ядерного оружия. Подобный подход стал возможен только по той причине, что отказ от них не требует остановки технологического развития нашей цивилизации. ) возрастает. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, снижение количества выбросов атмосферных загрязнителей при внедрении новых технологии, как правило, носит лишь относительный характер: их становится меньше в расчете на единицу продукции или мощности предприятия. В условиях роста производства даже при внедрении так называемых «наилучших доступных технологий» общий объем выбрасываемых в атмосферу загрязнителей также продолжает расти.

Во-вторых, внедрение «наилучших доступных технологий» осуществляется, главным образом, в сегменте крупных производственных объектов. На мелких предприятиях и тем более при осуществлении индивидуальной деятельности вопросу контролирования атмосферных выбросов внимание почти не уделяется. Так, расчет объема и состава выбросов в организациях, функционирующих на территории РФ, осуществляется согласно техническим нормативам Технический норматив выброса - норматив выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для передвижных и стационарных источников выбросов, технологических процессов, оборудования и отражает максимально допустимую массу выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух в расчете на единицу продукции, мощности, пробега транспортных или иных передвижных средств и другие показатели (ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» от 14.05.1999 г. № 96-ФЗ, статья 1).. Он основывается на учете количества единиц различных видов используемого оборудования (инвентаризации источников загрязнения). Общий объем атмосферных выбросов и их состав определяется как сумма произведений единиц оборудования каждого вида на установленный для него технический норматив. Измерение реальных масштабов загрязнения воздуха малыми и средними предприятиями производится лишь в тех случаях, когда его видимое проявление вызывает возмущение населения. Международные организации постоянно осуществляют попытки заинтересовать малый бизнес переходом на более экологичные технологии. Особенно интенсивно эта деятельность ведется в странах со слабо развитой экономикой. Но на практике для мелких производителей это выливается в бесплатное получение экологичного оборудования (например, ветроэнергетических установок), от эксплуатации которого его новые владельцы нередко быстро отказываются, поскольку это требует от них дополнительных затрат. Для международных организаций истинная цель этой деятельности заключается не в стремлении изменить экологическую ситуацию, а в формировании своего позитивного экологического имиджа (Безносов и др., 2007; Суздалева, 2016б). Вместе с тем совокупный вклад мелких источников в процессы глобального загрязнения атмосферы хотя и не поддается точной оценке, но, учитывая количество таких источников, вероятно, достаточно значим.

В загрязнении атмосферы все большую роль принимают так называемые «диффузные источники», под которыми мы понимаем всю совокупность мелкомасштабных и неорганизованных Неорганизованный источник выбросов - источник загрязнения атмосферного воздуха, выброс вредных веществ из которого поступает в виде ненаправленных потоков газа (ГОСТ 32693-2014, пункт 2.5.6.1). Как правило, он не имеет специальных устройств для вывода загрязняющих веществ в атмосферу. объектов, функционирование которых сопровождается эмиссией вредных веществ. Количество загрязнителей, продуцируемых каждым таким источником, весьма невелико. Они рассредоточены в пространстве, поэтому трудно контролируемы. Однако общий объем таких выбросов играет значимую роль. Диффузное загрязнение от большого количества источников вызывает возникновение «рассредоточенного загрязнения» (nonpoint source pollution). Очевидно, что методы очистки воздуха, используемые для промышленных выбросов, в данном случае не применимы.

Вместе с тем, рост народонаселения планеты и урбанизация ее поверхности придают процессам диффузного загрязнения атмосферы все большую значимость. Его источником становится каждый новый дом, выпущенный автомобиль или трактор. Внедрение в эти области более экологически безопасных технологий (например, распространение в развитых странах электромобилей) не сможет в обозримом будущем изменить глобальную тенденцию роста загрязненности атмосферы.

Создать крупные сооружения, способные эффективно очищать приземный воздух урбанизированного региона от диффузного загрязнения (например, постоянно профильтровывая его большие объемы), на современном этапе нереально как по финансовым, так и по техническим причинам. Кроме того, работа подобных устройств неминуемо будет оказывать негативное воздействие на авифауну и другие биологические объекты, распространяемые воздушными потоками.

Более перспективной представляется идея противопоставления диффузному загрязнению атмосферы организации системы диффузно размещенных в среде поглотителей загрязнения Под диффузным размещением поглотителей в данном случае понимается лишь их распределение по обширной территории, которое противопоставляется диффузности источников загрязнения. В реальности характер распределения в пространстве как источников диффузного загрязнения, так и объектов диффузного поглощения загрязнителей в большинстве случаев подчиняется определенным закономерностям. Например, автомобили - источники диффузного загрязнения - движутся по дорогам, вдоль которых необходимо организовывать объекты диффузного поглощения загрязнителей.. В качестве элементов этой системы могут быть использованы зеленые насаждения, способные задерживать значительную часть агентов химического и механического загрязнения. Данный метод давно известен и широко используется на практике (Илькун, 1978). Это одна из главных целей озеленения урбанизированных территорий. Растения способны эффективно поглощать из приземного слоя воздуха значительные количества различных загрязнителей (Илькун, 1982; Сергейчик, 1984; Лукина, Никонов, 1993; Чернышенко, 1999), формируя «воздушно-растительные фильтры», по своей эффективности не уступающие промышленным системам очистки выбросов. Так, 1 га леса способен за сутки очистить от значительной части загрязнителей 500 тыс. м3 проходящего через него воздуха (Алексеев, Дожинжер, 1981).

Задача состоит в упорядочении и повышении эффективности данного метода. Для этого деятельность по-городскому и промышленному озеленению необходимо организовывать не в форме создания отельных объектов, а как включение функциональных элементов в состав управляемой природно-технической системы. Задачей управления является создание контролируемого баланса процесса эмиссии и стока загрязнителей, рассредоточенных в воздушной среде. Создание подобных систем - это решение проблемы в рамках креативной Употребляя данный термин, мы хотим еще раз подчеркнуть, что создание управляемых ПТС мы не противопоставляем мерам по ограничению эмиссии загрязнителей на организованных источниках, а также разработку экологически ориентированных новых технологий. Деятельность по ограничению атмосферных выбросов и созданию управляемых природно-технических систем, не допускающих роста дисперсного загрязнения атмосферы, должны осуществляться в едином комплексе природоохранных мер. парадигмы (табл. 3).

Придание управляемой природно-технической системе функции регулятора стока агентов атмосферного загрязнения возможно только при соблюдении трех условий:

v Содержащие загрязнители воздушные потоки должны контактировать с растительными насаждениями или массивами естественной растительности, на которых возлагается функция изъятия загрязнителей из воздушной среды. Для решения этой задачи необходимо детальное изучение динамики движения воздуха в приземном слое и разработка на основе полученных результатов проектов компоновки растительных фильтров. Необходим также учет сезонности их функционирования. Активное поглощение загрязнителей из воздуха происходит только в вегетационный период.

v Концентрация загрязнителей в воздухе не должна оказывать негативное воздействие на жизнедеятельность растений. В зонах интенсивного загрязнения воздушной среды воздушно-растительные фильтры необходимо формировать из наиболее устойчивых пород. На других участках следует отдавать предпочтение видам растительности, наиболее эффективно поглощающим загрязнители. Таким образом, в ряде случаев представляется целесообразным зональное устройство воздушно-растительных фильтров, в каждой из зон которых происходит определенный этап очистки воздуха.

v Загрязнители, поглощаемые растениями, должны либо разрушаться, либо задерживаться в них на длительный срок. Для стойких загрязнителей, например тяжелых металлов, необходима разработка методов утилизации накопившей их растительной массы и периодической замены элементов растительно-воздушных фильтров.

Сток атмосферных поллютантов в растительные сообщества интенсивно происходит на значительном удалении от источников их эмиссии. Это создает предпосылки для управления данным процессом не только на основе локальных природно-технических систем, но и систем регионального и большего масштабов.

Повсеместную организацию воздушно-растительных фильтров, осуществляемую в процессе урбанизации, можно рассматривать как один из аспектов формирования управляемой биотехносферы - как природно-технической системы глобального масштаба. Конечным результатом этой деятельности станет замена исторически сложившихся «атмосферных биогеохимических циклов» К ним относят циклы химических элементов, основной фонд которых существует в форме соединений, входящих в состав атмосферы и гидросферы на искусственно управляемый баланс процессов поступления веществ (в т.ч. рассматриваемых в качестве агентов ее загрязнения) в воздушную среду и процессов изъятия их из нее. Это не следует воспринимать как целенаправленное разрушение естественных круговоротов. Напротив, целью является их стабилизация на уровне, обеспечивающем благоприятные экологические условия в ситуации, когда невмешательство в процесс глобальной техногенной деградации закономерно ведет к утрате сопряженности биогеохимических процессов единой системы.

ГЛАВА 4. ТЕХНОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ГИДРОСФЕРЫ

4.1 Основные части гидросферы и особенности изучения процессов их техногенеза

В отличие от атмосферы гидросфера Земли, хотя и называется водной оболочкой, покрывает лишь часть поверхности планеты. Но в нее также входят многочисленные отдельные скопления воды. По своим масштабам, структуре и динамике протекающих процессов они принципиально отличны, что обусловливает необходимость различных методологических подходов к их изучению.

В качестве основных частей гидросферы рассматривают Мировой океан, континентальные поверхностные воды (включая ледники) и подземные воды. Совокупный объем вод объектов гидросферы, согласно современным расчетам, составляет 1390 млн км3 (Михайлов и др., 2007). Масса ее вод в 275 раз больше массы атмосферы. Океаны и моря составляют 96,4% объема гидросферы, воды ледников - 1,86%, подземные воды - 1,68%, а поверхностные воды суши - немногим более 0,02%. Несмотря на пространственную разобщенность и разнородность своих частей, гидросфера представляет собой единую высокодинамичную систему. Слагающие ее элементы связаны интенсивно идущими вещественными потоками (воды и переносимых с ней различных соединений). В совокупности эти процессы обозначаются как круговорот воды.

Вода обладает высокой теплоемкостью, в ней растворима подавляющая часть присутствующих в биосфере химических веществ, скорость физико-химических процессов в водной среде существенно выше. Благодаря этим свойствам гидросфера является огромным буфером, сглаживающим амплитуду колебаний физико-химических условий на поверхности Земли. Способность воды растворять и переносить в своих потоках различные вещества обеспечивает саму возможность существования практически всех биогеохимических циклов, обусловливающих единство биосферы. Гидросфера играет основную роль в объединении в системное целое процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и педосфере.

Процесс техногенеза гидросферы весьма многогранен (Суздалева, Горюнова, 2014). С одной стороны, это связано с тем, что вода является не только основой жизни, но и широко используется в качестве энергетического и сырьевого ресурса. С другой стороны, многообразие форм водных скоплений обусловливает принципиальное различие их использования и, следовательно, характера оказываемого техногенного воздействия. Для примера можно сравнить эксплуатацию ресурсов морских и континентальных водных объектов.

В монографии мы ограничимся анализом только отдельных аспектов техногенеза гидросферы, значимые проявления которых либо уже достигли глобальных масштабов, либо выйдут на этот уровень в обозримом будущем. Некоторые из них, например, техногенное истощение ресурсов пресной воды, уже стали объектом пристального внимания специалистов. На основе обобщенного анализа обширных материалов выявлены основные тенденции развития этих процессов и разрабатываются меры по возможному предотвращению их негативных последствий.

Изучению других форм техногенеза гидросферы, экологические последствия которых могут проявиться на глобальном уровне уже в ближайшие годы, уделяется значительно меньше внимания, а имеющаяся информация носит фрагментарный характер. Примером может служить интенсивно развивающееся освоение ресурсов глубинных слоев Мирового океана.

По этим причинам круг проблем, описываемых в данной части монографии, не совпадает с областью научных исследований, считающихся в настоящее время наиболее актуальными направлениями в изучении гидросферы. Иной в ряде случаев является и позиция, с которой анализируются некоторые вопросы. Так, химическое загрязнение вод рассматривается не только как причина ухудшения экологической ситуации, но и как фактор истощения запасов водных ресурсов, а миграция загрязнителей в водной среде - как один из биогеохимических процессов, в результате которых биосфера превращается в биотехносферу.

4.2 Истощение водных ресурсов

Согласно определению, данному в статье 1 Водного кодекса РФ (от 03.06:2006 г. №74-ФЗ), «истощение вод - постоянное сокращение запасов и ухудшение качества поверхностных и подземных вод». Данное определение обобщает большую группу разнородных процессов и в целях дальнейшего изложения материалов монографии нуждается в некотором уточнении. Подразумевается, что запасы воды - это та их часть, которая может быть использована человеком и непосредственно обеспечивает благоприятные условия среды его существования. Поэтому на практике данный термин обычно понимается более конкретно - как сокращение водных ресурсов, доступных для использования в бытовых и сельскохозяйственных целях (Вода для продовольствия…, 2007). Критическое снижение водных запасов, пригодных для использования в промышленном производстве, - явление более редкое. Таким образом, при употреблении термина «истощение вод» в первую очередь понимается их недостаток, вызывающий нарушение нормальных условий жизнедеятельности населения. Ухудшение экологической ситуации по причине истощения вод также рассматривается в большинстве случаев как один из факторов нарушения этих условий. В экологических исследованиях истощение вод описывается как возникновение негативных явлений, обусловленных дефицитом доступных для организмов водных ресурсов («нарушение влажностного режима», «опустынивание» и т.п.). Очевидно, что подобное расхождение в терминологии, используемой в водохозяйственных и экологических исследованиях, неоправданно. Нормальные условия жизнедеятельности современного человека включают и благоприятные условия его существования. В Российской Федерации это одно из конституционных прав ее граждан.

Значимость истощения вод не только как водохозяйственного показателя, но и как экологического фактора постоянно возрастает. В определении, приведенном в Федеральном законе, указывается, что истощение вод может проявляться не только в виде тенденции уменьшения их объема, но и как закономерное ухудшение их качества. Это отражает тот факт, что некоторые из поверхностных и подземных водных объектов в настоящее время уже невозможно использовать в качестве источников водоснабжения не по причине уменьшения запасов сосредоточенных в них вод, а из-за высокого уровня их загрязненности вредными веществами.

Учитывая изложенное выше, можно дать следующее уточненное определение: истощение вод - это сокращение количества пресной воды, сосредоточенной в поверхностных и подземных водных объектах, качество которой пригодно для обеспечения условий нормальной жизнедеятельности человека и благополучной экологической ситуации.

В соответствии с двумя механизмами истощения вод, описанными выше, все формы данного явления можно разделить на две категории:

v Количественное истощение вод, то есть уменьшение объема запасов пресных вод.

v Качественное истощение вод Данный термин был предложен А.В. Поддубным (2002)., причиной которого является их загрязнение, в результате которого часть водных запасов пресных вод становится непригодной для обеспечения нужд человека и существующих на их основе природных объектов.

На современном этапе масштабы обоих форм истощения вод неуклонно возрастают. Важнейшим фактором количественного истощения вод является увеличение объемов водопотребления, что неизбежно при непрекращающемся росте народонаселения планеты. Объем поверхностных и подземных водных объектов, как и объем вод, поступающих из источников их пополнения, ограничен. В определенный момент возникает ситуация, когда расход вод начинает устойчиво превышать их поступление. Предотвратить количественное истощение вод можно только контролируя баланс этих процессов. При этом необходим не только учет необходимых водохозяйственных потребностей, но и обеспечение водой объектов окружающей среды в объемах, не допускающих их деградацию. Поэтому для обоснования допустимых норм расхода предложен термин «минимально допустимый сток» (Маркин и др., 2015), т.е. объем изъятия вод из водных объектов, не вызывающий ухудшения экологической ситуации. Превышение минимально допустимого стока рассматривается как начало процесса истощения водного объекта. Однако простое ограничение водопотребления в современных условиях становится все менее реальным. На практике это может стать причиной социальных конфликтов. Поэтому все большую значимость приобретают косвенные способы решения этой проблемы, заключающиеся во внедрении водосберегающих технологий. Несмотря на то, что в ряде случаев получены обнадеживающие результаты, конечный эффект этих усилий в складывающейся ситуации представляется, по меньшей мере, спорным. Наилучший эффект водосберегающие технологии демонстрируют в экономически развитых странах. Этому способствует высокий уровень «экологической ответственности» граждан этих стран, а также развитая инфраструктура. Вместе с тем, наибольшей остроты проблема истощения вод достигает в регионах со слаборазвитой экономикой, жители которых обладают иным менталитетом. В некоторых из них количественное истощение вод усугубляется глобальными климатическими изменениями, сопровождающимися сокращением количества атмосферных осадков и хронической засухой.

Основная причина качественного истощения вод заключается в прогрессирующем загрязнении водных объектов, происходящем на фоне утраты ими способности к естественному самоочищению (Суздалева, Горюнова, 2014а).

Обсуждая проблему истощения вод, нельзя обойти вниманием ожидающийся в ближайшие 10 - 15 лет так называемый «мировой кризис водопотребления» (Данилов-Данильян, 2009). То есть большие массы людей не смогут быть обеспечены пресной водой в объемах, необходимых для их жизнедеятельности, в т.ч. и для удовлетворения потребностей сельскохозяйственного производства, что резко усугубит нарастающий продовольственный кризис. Согласно статистическим данным ООН, в настоящее время в условиях острого дефицита ресурсов пресной воды уже существует около 1,1 млрд человек, кроме того, еще приблизительно 1 млрд человек находится в состоянии так называемого «водного стресса», т.е. испытывает дефицит воды время от времени.

Значение истощения вод как фактора, нарушающего безопасность жизнедеятельности людей, постоянно усиливается. Наибольшей остроты данная проблема достигает в экономически слаборазвитых странах с высокой плотностью населения. В ряде случаев недостаток средств не позволяет этим государствам своевременно создавать дополнительные источники водоснабжения, например в форме водохранилищ. По этой же причине в этих же регионах не получают необходимого развития системы водоотвода и водоочистки. В результате участки наиболее интенсивного количественного и качественного истощения вод нередко совпадают. Наложение этих процессов ведет к резонансному углублению социальных проблем и проявляется в резком ухудшении здоровья населения. Загрязненная вода, попадая в организм человека, вызывает 70 - 80% всех известных болезней (Маркин и др., 2015). По данным Всемирной организации здравоохранения (Глобальные факторы …, 2015), в Африке и некоторых частях Юго-Восточной Азии большинство случаев смерти от желудочно-кишечных заболеваний (88%) вызывается непригодной для питья водой и низким уровнем санитарии и гигиены, также связанных с дефицитом воды.

Более того, уже существуют прецеденты, когда истощение водных ресурсов являлось причиной массовой гибели людей. Мало известен факт, что наибольшее количество человеческих жертв в природных чрезвычайных ситуациях ХХ века (51%) было связано не с землетрясениями или цунами, а с засухой в Восточной Африке (Осипов, 1995). Только в 1970 - 1974 годах здесь погибло от вызванного засухами голода около 1,2 млн человек. Если бы эти события произошли в странах Западной Европы, то по праву заняли бы место среди наиболее страшных исторических катастроф типа «флорентийской чумы».

Истощение вод вызывает не только ухудшение условий существования человека. Это является причиной гибели наземных и водных экосистем, охватывающей целые регионы. Наиболее известен в этом отношении пример истощения стока крупных рек Средней Азии, вызвавший деградацию экосистем Аральского моря и прилегающих к нему обширных наземных территорий.

Меры, направленные на предотвращение дальнейшего усугубления последствий истощения вод на современном этапе, как и усилия, предпринимаемые в других областях рационального использования природных ресурсов, осуществляются в рамках господствующей ограничительной парадигмы. Как и в других случаях, успех этой деятельности в условиях прогрессирующего глобального техногенеза может носить лишь локальный и краткосрочный характер (табл. 5).

Одновременно именно в этой сфере, как ни в какой иной, в настоящее время актуально решение проблем с позиций креативной парадигмы. Наряду с контролем за расходованием и сбережением воды необходимо активное вмешательство в процессы формирования водных ресурсов.

Таблица 5 Основные формы глобального техногенеза водных объектов, обусловливающие переход естественной биосферы в состояние биотехносферы, возможные способы контролирования и управления данными процессами

Глобальные климатические изменения привели к перераспределению количества осадков и изменению водности в подавляющем большинстве участков планеты (табл. 2). Повернуть развитие ситуации вспять нельзя. Никакие ограничения эмиссии парниковых газов уже не смогут восстановить влажностный режим, ранее существовавший в естественной биосфере. Не решит проблему в долгосрочной перспективе получившая в настоящее время широкое распространения идея поставки в районы, страдающие от истощения водных ресурсов, так называемых «влагоемких продуктов». Под ними подразумевается продукция, изготовление которой требует затраты значительного количества водных ресурсов (Allan, 1998; Перелет, 2010). Но регионы, испытывающие водный дефицит, как правило, отличаются весьма высокими демографическими и одновременно крайне низкими экономическими показателями. Поэтому на практике поставки «влагоемких продуктов» неминуемо превратятся в разновидность экономической помощи. Подобное паллиативное решение проблемы, сдерживая до определенного момента наступление кризиса мирового водопотребления, только усугубляет его (Суздалева, Горюнова, 2015).

Как уже указывалось в предшествующих разделах монографии, формирующаяся в настоящее время биотехносфера представляет собой природно-техническую систему глобального масштаба. Ее развитие может происходить спонтанно или управляться путем углубления целенаправленного техногенеза окружающей среды. В рассматриваемом случае решить проблему можно только компенсировав дефицит водных ресурсов, возникший в одних регионах, переброской вод из регионов, страдающих от их избытка (наводнений).

Реализация проектов по межбассейновой переброске вод уже начата в ряде стран (Литуев, 2008; Петраков, 2013). Отказ экологов от конструктивного участия в этой деятельности приведет к весьма нежелательным результатам. По причине объективной необходимости проекты межрегиональной переброски вод, невзирая ни на какую критику в плане нанесения вреда окружающей среде, будут осуществлены. Если экологи своевременно не разработают свои предложения, позволяющие снизить экологический ущерб, он будет максимален и может сопровождаться трансграничными эффектами (Суздалева, 2015а). Так, в Китае планируется осуществление проектов межбассейновой переброски вод, негативные экологические последствия которых могут проявиться на участках территории Российской Федерации (Болгов, Фролова, 2012; Говорушко, Горбатенко, 2013).

В настоящее время идея межрегионального перемещения значительных объемов водных ресурсов вступает в явное противоречие со сложившимися стереотипами экологического мышления (Суздалева, Горюнова, 2015). Многие экологи рассматривают ее как реанимацию отвергнутого в 70-е годы прошлого века проекта переброски части стока сибирских рек в Среднюю Азию. Но на современном этапе ситуация кардинально изменилась (Суздалева, Горюнова, 2014а). Да, строительство крупномасштабных гидротехнических систем по межрегиональной переброске водных ресурсов неизбежно будет сопровождаться комплексом негативных воздействий на окружающую среду. Но какова экологическая альтернатива? То есть каковы экологические последствия отказа от реализации подобных проектов? Наибольшую угрозу из них представляют:

- уничтожение на обширных пространствах ранее существовавших природных экосистем в результате сокращения нормы осадков (интенсивно идущие во многих регионах процессы опустынивания);

- повышение риска гидравлических аварий (разрушение плотин) и «волны прорыва», вызванные аномальным повышением водности, влекущие за собой не только значительный экономический, но экологический ущерб;

- изменение солености и гидрологической структуры морских бассейнов (опреснение вод Северного Ледовитого океана представляет собой не меньшую опасность, чем его осолонение, угрозы которого опасались зарубежные исследователи, изучая возможные последствия «поворота» Сибирских рек (Aagааrd, Coachman, 1975);

- резкое возрастание антропогенной нагрузки на окружающую среду в результате неизбежной массовой миграции людей в период «мирового кризиса водопотребления».

Обсуждая экологический аспект проблемы, следует вспомнить, что подавляющее большинство современных крупных речных бассейнов уже зарегулировано плотинами ГЭС и водохранилищами различного предназначения (Данилов-Данильян, Лосев, 2006; Сухоруких, 2006). Таким образом, создание систем переброски водных вод будет представлять собой не превращение естественной речной экосистемы в природно-техногенный объект, а реконструкцию уже давно сформировавшихся ПТС. Вопрос заключается в том, будут эти ПТС создаваться как управляемые или нет? В первом случае игнорирование экологических проблем на начальном этапе их эксплуатации потребует их решения в последующий период. Во втором случае создание управляемых ПТС на основе систем межрегиональной переброски вод, напротив, позволит решить многие из перечисленных выше экологических проблем.

Краеугольным камнем оценки экологических последствий искусственного изменения водности рек является определение количества воды, изъятие которого из бассейна донора может рассматриваться как средозащитная и природоохранная мера. Для обозначения этого объема вод, переброска которого за пределы речного бассейна ликвидирует угрозу нанесения экономического и экологического ущербов, можно использовать словосочетание «мобильные водные ресурсы» (МВР) (Суздалева, 2015а). Очевидно, что определение их объема должно строиться на результатах серьезных гидрологических исследований. Следует подчеркнуть принципиальное отличие МВР от упомянутого ранее термина «минимально допустимый сток» (Маркин и др., 2015). МВР - это не объем воды, изъятие которого не приведет к ухудшению состояния природных объектов, это объем речного стока, который, не будучи своевременно изъят (задержан), принесет значимый экологический и экономический ущерб. Расчет МВР должен строиться именно на этом принципе.

Основными элементами системы межбассейновой переброски МВР являются:

- доноры МВР;

- пути транспортировки МВР (каналы, трубопроводы и др.);

- накопители МВР, аккумулирующие запас вод в паводковый период и обеспечивающие равномерность их поставки в остальное время;

- реципиенты МВР.

Подобные системы могут быть как простыми, включающими один донор МВР, так и сложными, одновременно использующими избыток вод нескольких различных доноров, включаемых в единую систему транспортировки МВР.

Развитие экологически ориентированных систем межрегиональной переброски вод в конечном счете должно привести к созданию континентальных систем регулирования водных ресурсов. Поскольку вода - это основа жизни, данную деятельность в целом следует рассматривать как один из наиболее реальных и перспективных путей формирования управляемой биотехносферы.

4.3 Зарегулирование речного стока

Под регулированием речного стока понимается его искусственное перераспределение Существует также понятие «естественное регулирование стока», происходящее путем временной аккумуляции воды в периоды паводков и половодий в поймах, прибрежных понижениях рельефа, болотах и проточных озерах (Железняков и др., 1984). В связи с этим необходимо подчеркнуть, что, рассматривая последствия регулирования стока, мы имеем в виду исключительно искусственное (точнее - техногенное) регулирование. в соответствии с нуждами водопотребления и водопользования (Иванов, Неговская, 1979; Железняков и др., 1984; Савичев и др., 2009). Как правило, это происходит в форме аккумулирования вод во время паводков и последующего контролируемого расхода накопленного водного объема в меженный период. Основными регуляторами речного стока служат водохранилища, создаваемые подпруживанием рек плотинами с гидротехническими сооружениями, осуществляющими контролируемый попуск вод. Регулирование стока крупных водотоков в большинстве случаев оказывает значимое влияние на всю гидрографическую систему, частью которой они являются. Так, зарегулирование основного водотока, как правило, вызывает изменение режима стока его притоков и уровнего режима гидравлически связанных с ним водоемов (озер и др.) Поэтому, анализируя экологические последствия этой деятельности, можно говорить о зарегулировании водных систем. Именно они являются объектом этой разновидности техногенеза гидросферы.

К настоящему времени большинство водных систем уже зарегулировано (Данилов-Данильян, Лосев, 2006; Сухоруких, 2006). Входящие в них водотоки и водоемы превратились из природных объектов в элементы природно-технических систем, экологическое состояние которых определяется комплексом как естественных, так и техногенных факторов (Суздалева, Горюнова, 2014а).

Интенсивное развитие гидроэнергетики, осуществлявшееся на протяжении ХХ века, в современной экологической литературе рассматривается как один из наиболее значимых факторов экологической деградации водных объектов (Данилов-Данильян и др., 1994; Большая Волга, 1994; Авакян, Подольский, 2002). Основанием для подобного заключения служит комплекс общеизвестных негативных последствий, обусловленных зарегулированием стока рек, возникновением труднопреодолимых препятствий на пути миграции ценных видов рыб, их массовой гибелью в турбинных трактах ГЭС (Павлов и др., 1999), а также затоплением и подтоплением обширных участков земель.

В искусственно созданных водохранилищах возникли особые условия, позволяющие одновременно существовать водным массам с различным генезисом, гидрологическими и гидрохимическими характеристиками (Буторин, 1969). В результате биота зарегулированных речных систем существенно изменилась (Мордухай-Болтовской, 1961; Кожевников. 1978; Водохранилища…, 1986). Численность многих мигрирующих видов катастрофически снизилась. На подпруженных участках водотоков также уменьшилось количество реофилов Организмы, живущие в водных объектах с постоянным течением.. Напротив, благодаря возникновению обширных водохранилищ были созданы новые биотопы для эврибионтных видов озерно-прудового комплекса.

Существенные изменения претерпели и наземные экосистемы, расположенные на прибрежных, особенно пойменных участках (Влияние водохранилищ…, 1970; Шарапов, 1979; Петров, 1981; Водохранилища…, 1976; Пилипенко и др., 2006). Во многих случаях образование водохранилищ сопровождалось существенными изменениями почвенного покрова и рельефа береговой зоны, ее ландшафтной структуры и гидрогеологии. Зарегулирование стока рек вызвало значимые изменения и в состоянии некоторых морских водных объектов (Виноградов, 1987). Таким образом, границы зоны техногенеза в данном случае далеко выходят за пределы самих зарегулированных водных объектов, приобретая межрегиональные масштабы. Более того, речной сток является важным этапом большинства биогеохимических циклов, и его зарегулирование неминуемо оказывает воздействие на эти процессы, связующие биосферу в единую систему. Таким образом, зарегулирование водных систем можно рассматривать как важный аспект глобального техногенеза, в результате которого биосфера трансформируется в биотехносферу.

Следует отметить, что процесс техногенеза водных систем, обусловленный их зарегулированием, уже привел к практически необратимым последствиям. Восстановления исходного состояния подвергшихся ему водных объектов (существовавших до зарегулирования стока) после устранения техногенных факторов, определяющих их современный гидрологический режим, произойти не может (Авакян и др., 2002; Раткович и др., 2003). Например, после спуска водохранилищ ГЭС осушенная площадь будет представлять собой заболоченное пространство, покрытое мощным слоем загрязненных отложений.

В сложившейся ситуации сохранение благоприятного состояния окружающей среды возможно лишь на основе повышения как уровня управляемости ПТС зарегулированных водных систем, так и эффективности мер по их экологической оптимизации.

Основная часть крупных водохранилищ, выступающих в качестве регуляторов речного стока, создавалась при строительстве объектов гидроэнергетики (ГЭС и гидроэнергетических каскадов) Некоторые водохранилища создаются также для обеспечения водой оросительных систем. Но в большинстве случаев эта функция водохранилищ совмещается с их использованием для производства электроэнергии.. По этой причине в сознании людей сформировалось устойчивое мнение о том, что строительство и эксплуатация ГЭС - это один из видов деятельности, наносящий значительный ущерб природной среде. В свое время такой взгляд на проблему был в значительной мере оправдан. Это стало причиной разработки многочисленных мер, направленных на ограничения негативных эффектов, обусловленных строительством и эксплуатацией объектов гидроэнергетики. Эти действия, вписывающиеся в меры ограничительной парадигмы, дали ощутимый результат лишь в отдельных случаях. Например, благодаря новым подходам к проектированию ГЭС были значительно сокращены площади затапливаемых земель при организации водохранилищ, повышена эффективность мер по защите их берегов от разрушительного воздействия эрозии и абразии (Асарин, 1982; Троицкий, 2003; 2006). Однако в других случаях, например при многочисленных попытках сделать плотины ГЭС проходимыми для мигрирующих видов рыб, практического результата достичь не удалось.

В отличие от этого при разработке мер на базе креативной парадигмы (табл. 5), основное внимание уделяется экологической оптимизации объектов гидроэнергетики, т.е. не негативным факторам, а усилению позитивных воздействий, также сопутствующих их эксплуатации (Безносов и др., 2007а ; Федоров, Суздалева, 2014а).

Конечной целью этой деятельности является превращение ГЭС и гидроэнергетических каскадов в экологические регуляторы регионального масштаба, поддерживающие благоприятные условия окружающей среды на обширных территориях (Федоров, Суздалева, 2014а). Формирование на их основе управляемых ПТС создает условия для практической реализации провозглашенной ООН концепции «устойчивого развития» (Федоров, Суздалева, 2014 б).

Деятельность по экологической оптимизации ГЭС (гидроэнергетических комплексов) может одновременно проводиться в нескольких различных направлениях (Суздалева Горюнова, 2014а), среди которых наиболее значимыми как с экологической, так и с социальной точек зрения являются:

1. Формирование регулируемых водохозяйственных систем, обеспечивающих интересы всех групп водопользователей, включая в их число и природные объекты, существование многих из них в условиях происходящих климатических изменений становится возможным лишь при осуществлении мер по искусственному поддержанию их влажностно-водного режима.

Ранее уже неоднократно отмечалось, что для комплексного решения водохозяйственных проблем почти всегда требуется регулирование речного стока (Железняков и др., 1984). Иными словами, в современном мире зарегулирование стока постепенно превращается из негативного последствия организации гидроэнергетических каскадов в необходимое условие рационального водопользования. Следует обратить внимание на то, что так называемые «неэнергетические участники» водохозяйственных систем (предприятия промышленного и коммунального водоснабжения, рыбное хозяйство и др.) часто жестко лимитируют режим работы самой ГЭС (Асарин, Бестужева, 1986). При этом на практике удовлетворение в полном объеме всех требований водопользователей в маловодных, а иногда даже и в средневодных условиях практически невозможно, поэтому режим фактической эксплуатации ГЭС всегда в той или иной мере является компромиссным, основанным на учете и соблюдении интересов других заинтересованных лиц (Асарин, 1982; Вода России…., 2000), обозначаемых в современной литературе обобщающим термином «стейкхолдеры» Стейкхолдерами являются и природные объекты, точнее, лица, отвечающие за их состояние. С «бюрократической» точки зрения на территории Российской Федерации не может быть каких-либо экосистем, за состояния которых не несет ответственности определенное лицо или группа лиц, работающих в органах исполнительной власти. . Таким образом, существующие водохозяйственные системы отчасти являются реализацией на практике идеи управляемых ПТС, регуляторами которых, как правило, являются объекты гидроэнергетики.