Батенков В.А. Охрана биосферы

век. Город с населением в 1 млн человек расходует в сутки до 0,5 млн м3 воды. С 1900 по 1950 г. водопотребление населением возросло в 3 раза, с 1950 по 2000 г. – в 7 раз. Каждые 8–10 лет потребности в воде возрастают вдвое, что связано с ростом населения. Доля безвозвратных потерь воды примерно равна 10%.

Суммарное водопотребление в России. В 1975 г. при годо-

вом стоке рек 4720 км3 (это около 11% речных стоков Земли) оно составило 335 км3, т.е. около 7%. Предполагаемый расход воды в 2000 г. составляет 800 км3. Это уже 17% речных стоков.

Вмире нарушается баланс чистой воды в гидросфере, ощу-

щается ее дефицит. Так, безвозвратное потребление воды за счет водохранилищ составляет от 430 до 570 км3 в год. Неочищенных вод сбрасывается в водоемы до 30 км3 в год.

По данным М.И. Львовича, в середине 80-х гг. на земном

шаре на промышленные и бытовые нужды расходовалось 150 км3/год. Это около 0,5% речных стоков. По закону водопотребле-

ния фактический водозабор должен быть в 4 раза больше – 600 км3/год, из них 450 км3/год – это возвратные или сточные воды.

Для их обезвреживания и разбавления нужна чистая вода, причем в 10–15 раз больше, около 6000 км3/год. Это составляет уже 30% мирового стока рек.

Воздействие на ресурсы литосферы. Из общей площади земной суши уже 1/3 ее занята человеком под его надобности. Так, под промышленность и дороги отнимаются около 1 млрд га (7% площади суши), под луга и поля – около 3,7 млрд га (25% суши). Извлекается огромное количество горных пород – до 100 млрд т, из них используется лишь около 1%.

Мировая добыча полезных важнейших ископаемых в 1980 г. составила (млн т): каменный уголь – 2650; бурый уголь – 930; горючие сланцы – 110; нефть – 3460; обогащенные железные руды – 706; бокситов – 89; хромовой руды – 4,3; меди – 7,9; цинка – 5,6; NaCl – 165; фосфатов – 135.

Приведенные данные показывают, что из недр Земли ежегодно извлекаются миллионы тонн руд, а каменного угля и нефти – миллиарды тонн. И темпы их извлечения ежегодно растут: топлива – на 4%, руд – на 5%.

ВРоссии за время демократизации и перехода на рыночные отношения (с 1990 г.) добыча и переработка полезных ископаемых уменьшилась на 30–50%. Ликвидируется значительное число пред-

41

приятий, шахт (более 100), рудников. Исключение составляют объемы добычи газа, производства алюминия и цинка, которые почти не изменились. Тревогу вызывает низкий прирост разведанных запасов полезных ископаемых. Новые собственники, добывающие и перерабатывающие полезные ископаемые, в частности газ и нефть, не желают вкладывать средства и заниматься разведкой их запасов, рассчитывая, что это по-прежнему будут делать за них государственные структуры на средства налогоплательщиков. Другой недостаток – некомплексная и неглубокая переработка сырья, что приводит к потере в отходах значительных количеств ценных компонентов. Так, при обогащении руд теряется более 1/3 олова, вольфрама, около 1/4 железа, молибдена, оксида калия. В Сибири из недр извлекается лишь около 1/3 нефти. В больших объемах накапливаются в отвалах вскрышные породы и отходы переработки, выводятся из оборота крупные массивы земель.

Проблема минерального голода. Запасы минерального сы-

рья истощаются, особенно полезных ископаемых и невосполнимого ископаемого топлива: нефти, каменного угля, газа. Каменного угля при современных уровнях добычи хватит на 2–3 тысячелетия, а с учетом постоянного его роста добычи – на несколько столетий. Нефть будет исчерпана в ближайшие столетия. Так, запасов нефти Кувейту хватит примерно на 220 лет, Ирану – на 115 лет, ОАР – на 70 лет. США 50% минерального сырья ввозят, оставляя свои недра преимущественно в неприкосновенности.

Воздействие на ресурсы почв и их плодородие. Природных

причин разрушения почв две: эрозия и дефляция.

Эрозия (лат. erodere – размывать) – смыв и размыв плодородного слоя почвы талыми и ливневыми водами. Ей особенно подвержены местности с волнистым и горным рельефом.

Дефляция (лат. deflare – сдувать) – сдувание ветром слоя почвы. Она особенно развита в засуху и на землях с нарушенным дерновым слоем почвы.

Негативное воздействие человека на почвы более разнооб-

разно:

изъятие сельскохозяйственных угодий из оборота под поселения, дороги, предприятия, при добыче полезных ископаемых, для водоемов, заказников и т.п.;

истощение почв гумусом из-за несбалансированного изъятия из экосистем органического вещества в виде урожая; деградация пастбищ из-за чрезмерного выпаса скота;

42

распашка земель, приводящая, к нарушению дернового слоя почвы, что способствует более быстрой эрозии и дефляции почвы, особенно на склонах;

засоление почв, загрязнение их пестицидами, токсикантами, особенно возле городов.

По оценкам ученых, с начала ведения человеком скотоводства и земледелия человечество по разным причинам, в том числе от эрозии почвы, потеряло около 2 млрд га земель, из них до 0,7 млрд га пахотных земель. Но что особенно тревожно: опустынивание суши продолжается и в настоящее время со скоростью от 5 до 20 млн га/год. В России из 200 млн га пашни эрозии подвержены около 26 млн га, дефляции – 8 млн га, их совместному воздействию – 2 млн га. Земель, возможность эрозии и дефляции которых достаточно велика, в три раза больше. В последние 10–15 лет в России площади черноземов, нарушенных эрозией и дефляцией, увеличивались в среднем на 250–300 тыс. га в год. Из них 25–30 тыс. га черноземов теряется из-за образования оврагов.

Воздействие на ресурсы флоры и фауны. Сельскохозяйст-

венная деятельность человечества обострила состояние земного земледельческого почвенного покрова, растительного и животного мира. С начала скотоводства и земледелия, благодаря человеку, произошел рост пустынь на 1000 млн га (6,7% суши). И они растут со скоростью 10–44 га/мин. Эрозии почв подвергается ежегодно 200 тыс. га. Значительное сокращение человеком естественных биоценозов привело к глобальному воздействию на изменение видового состава растительности и живых организмов, на его обеднение как в связи с истреблением целого ряда их представителей, так

ив связи с определением человеком для культивирования избранного им растительного и животного мира.

Сокращение генофонда флоры. Продолжающееся наступле-

ние человека на естественные биоценозы, пастьба скота, неконтролируемая хищническая заготовка и истребление наиболее полезных

иинтересных растений приводят к их исчезновению и более широкому распространению неиспользуемых сорных трав. Из 250 тысяч видов высших растений около 30 тысяч видов находится под угрозой исчезновения в ближайшие 100 лет. Используется же человеком 10–15% от общего видового состава растений. В России ежегодно исчезают 1–2 вида растений.

43

Ботаники всего мира бьют тревогу о гибели генофонда растений. Ими созданы Красные книги редких и исчезающих растений на глобальном и региональных уровнях, ведется разъяснительная работа. Однако эффективность воздействия проводимых природоохранных мероприятий на сознание населения, на деятельность отдельных природопользователей низка. Основная причина этому – отсутствие должного, широко организованного контроля и спроса за допускаемые случаи уничтожения редких и исчезающих видов растений как местным населением, так и специализированными службами и административными органами. Например, в России государственной системы мониторинга запасов диких растений нет, и, бесспорно, ее надо создавать.

Сокращение ареала лесов. С начала освоения человеком земледелия лесистость материков Земли сократилась с 10,4 до 3,9 млрд га, т.е. с 75 до 28%. Лес вырубается со скоростью до 20 га/мин. В Англии уничтожено лесов более 95%; в Италии и Франции – 85–90; в Америке – 70; в Африке и европейской части России – 60%. Менее всего леса сократились в Финляндии – лишь на 35%.

В последние годы опасные масштабы приняло уменьшение площади тропических лесов в Африке, в Центральной и Южной Америке. Влажные тропические леса занимают только 6% суши, но они являются местом обитания почти половины всех биологических видов на Земле и большинства из 80 тыс. съедобных растений. Их растительность – основной генофонд для сельского хозяйства, лесоводства, фармации. При сохранении нынешних темпов сведения тропических лесов через 20 лет исчезнет 20% видов. Огромно значение влажных тропических лесов и для круговорота углерода в атмосфере. Поэтому проблема их сохранения имеет глобальное значение.

Основные причины сокращения ареала лесов на Земле: изъятие территории лесов человеком для земледелия и других своих нужд; неумеренная рубка и заготовка леса, когда его забирается несравненно больше, чем воспроизводится; лесные пожары; вблизи поселений по вине человека происходит 97% пожаров, в малолюдных местностях – 50–60%; повреждение лесов вредными насекомыми, особенно непарным шелкопрядом; кислотные дожди; рекреационные (лат. recreation – восстановление, время отдыха) перегрузки лесов при пребывании в них людей.

44

Вблизи городов, в густонаселенных местностях увеличение нагрузки на 1 га леса более 8–15 чел.· час или плотности кратковременно отдыхающих (посещающих) более 20–50 чел./га ведет к разрушению лесного биоценоза. Это, во-первых, связано с уплотнением при ходьбе людей поверхности почвы, вплоть до шестикратного (как у грунтовой дороги). Снижение пористости почвы и нарушение ее структуры ухудшает условия жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и питание лесной растительности. Вовторых, сбор грибов, цветов, ягод, орехов подрывает самовозобновление ряда видов растений. В лесу появляются вытоптанные поляны, где уже нет растительности, а также обломанные деревья, кучи мусора и черные пятна кострищ. В-третьих, шум отпугивает птиц и млекопитающих, мешает им нормально растить свое потомство.

Большой вред лесному хозяйству наносят пожары Например, пожар в Средней Сибири 1915 г. имел очаг в 160 млн га, при котором сгорела тайга на площади 12,5 млн га. Уничтожая лесную растительность, пожары приводят к смыву и уносу ветром маломощного почвенного слоя и образованию каменистых осыпей, скорость эрозии почвы возрастает в сотни раз, усиливаются паводки на реках. После пожаров и бессистемной вырубки лесов ухудшается состав лесов, уменьшается прирост деревьев, начинают быстро размножаться вредные насекомые и дереворазрушающие грибки. Возникают «зеленые пожары», когда шелкопрядом поражаются громадные лесные массивы. Так, в 1896–1909 гг. в Восточной Сибири от шелкопряда лес пострадал на площади 565 тыс. га.

Сокращение численности фауны и ее генофонда. Есте-

ственная регуляция животного мира весьма разнообразна. Она зависит от мест распространения (континенты, острова, изолированные ландшафты), путей миграции, степени изменения климатических условий, стихийных бедствий, эпидемий и т.п. Так, в природе глобальные изменения климата привели к гибели динозавров и значительно позднее – мамонтов. Гибель живого мира на больших территориях наблюдается от крупных природных катастроф: большие пожары и землетрясения, обширные наводнения и ураганы, сильные похолодания и засухи.

Однако более масштабно и разнообразно антропогенное воздействие на численность животного мира С использованием животных в пищу и для изготовления одежды связано истребление

45

ряда его видов: стеллерова корова, тур, бескрылая гагарка и многие другие. Всего истреблено от 200 до 400 видов животных. Под угрозой исчезновения находится еще 1200 видов. Необоснованно увеличение отстрела и отлова животных. Например, в 1920 г. китов было добыто 11,4 тыс., а через 35 лет, в 1965 г., – уже около 65 тыс. На Гавайских островах уничтожено 60% фауны. На Маскаренских островах стаи птиц сократились на 86%.

С другой стороны, во вред диким животным происходило одомашнивание и культивирование отдельных видов и групп животных, причем не всегда с практической целью. Развитие коз в Южной Европе привело почти к катастрофическим последствиям для растительности. Культ «священных» коров в Индии, количество которых достигло 250 млн, наносит существенный урон растительности и экологии. Привоз кроликов в Австралию привел к значительному изменению фауны и флоры в ее травянистых ландшафтах. Выбивание леопардов в Кении послужило причиной губительного развития кабанов. Наблюдаются переловы рыб в различных водных бассейнах.

2.4. Загрязнение природной среды

2.4.1. Характеристика загрязнений

Загрязнение природной среды – это неблагоприятное изменение среды обитания, которое прямо или косвенно меняет физикохимические свойства среды и условия существования живых организмов. Загрязнение может быть связано с природными явлениями

ис деятельностью человека.

Взависимости от сферы деятельности человека различают бытовые, сельскохозяйственные, промышленные загрязнения. Промышленные выбросы дополнительно классифицируют по разным признакам на организованные и неорганизованные, непрерывные и периодические, горячие и холодные, точечные и рассредоточенные, первичные и вторичные.

Различают два типа загрязнения: вещественное и энергетиче-

ское.

По виду воздействия загрязнение может быть механическое (твердые тела в воздухе, воде), физическое (шум, излучение), хими-

ческое, биологическое (насекомые, микроорганизмы). Виды энерге-

тического загрязнения: тепловые выбросы; колебания звуковой

46

частоты: шум, вибрация; электромагнитные поля; световое, лазерное, радиоактивное излучения.

Загрязнители (загрязняющие вещества) различают по агрегатному состоянию: выбросы в атмосферу (газообразные, жидкие, твердые, смешанные), сточные воды, твердые отходы и по степени загрязнения: условно чистые, загрязненные; нетоксичные, токсичные.

Основная характеристика загрязнителей – это их пре-

дельно допустимая концентрация (ПДК). По токсичности вредные вещества по ГОСТ 12.1.007-76 подразделяют на 4 класса: 1 – чрез-

вычайно опасные; 2 – высоко опасные; 3 – умеренно опасные; 4 – малоопасные.

В этом стандарте приведены ПДК более чем для 2000 веществ.

Одновременное присутствие в биосфере нескольких вредных веществ должно удовлетворять условию: сумма их относительных количествдолжна быть не более 1:

C1/ ПДК1 + C2/ ПДК2 +…+ Cn/ ПДКn ≤ 1.

(2.2)

где C1, C2, Cn – концентрация вещества; ПДК – его предельно допустимая концентрация.

Загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы рассматриваются отдельно.

2.4.2. Загрязнение атмосферы

Виды загрязнителей атмосферы. По ГОСТ 17.2.1.01–76

выбросы в атмосферу классифицируют: по агрегатному состоя-

нию: 1) газообразные (SО2, СО, NOx, углеводороды), 2) жидкие

(кислоты, щелочи, растворы солей, жидкие металлы, органические соединения), 3) твердые аэрозоли (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, пыль, сажа); по массе выброса (т/сутки): 1) < 0,01; 2) 0,01–0,1; 3) 0,1–1; 4) 1–10; 5) 10–100; 6) > 100; по размеру твердых частиц (мкм): 1) до 1; 2) 1–10; 3) 10–50; 4) более 50;

по размеру жидких частиц (мкм): 1) ≤ 0,5 – супертонкий туман; 2) 0,5–3 – тонкодисперсный туман; 3) 3–10 – грубодисперсный туман;

4)более 10 – брызги.

Всостав аэрозолей обычно входят 4 группы веществ: твердый углерод (сажа), сульфаты, органические соединения, вода.

47

Особый вид загрязнения атмосферы – радиоактивные нуклиды (см.

п. 2.3.6).

Естественное загрязнение атмосферы определяется пожа-

рами, пыльными бурями, извержением вулканов, разрядами молний (синтез оксидов азота). Примеры: извержение вулкана Кракатау в 1883 г., закрывшее пылью большую часть неба Земли; пыльная буря 1975 г. в пустыне Сахара, достигшая земель Югославии.

Основные источники антропогенного загрязнения атмо-

сферы. В развитых странах основное загрязнение атмосферы создают теплоэнергетика (тепловые электростанции), промышленность (металлургические и цементные заводы) и автотранспорт. В России в 90-х гг. ежегодные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу достигали 40 Мт (около 6% мировых выбросов), в том числе от стационарных источников – около 20 Мт. Из них доля выбросов теплоэнергетики составляла 27%, черной и цветной металлургии – 35, нефтедобычи и нефтехимия – 15, стройиндустрии – 8, химической промышленности – 2%. Доля транспорта – 30–35% от общей массы выбросов, в том числе автотранспорта – 95%, самолетов – 2,5, водного транспорта – 2,5%. В США основным загрязнителем воздуха является автотранспорт – более 50%.

Промышленные загрязнения преимущественно связаны с переработкой или сжиганием каменного и бурого угля. Так, при коксовании 1 т угля образуется около 300 м3 коксового газа. Он помимо водорода и метана, которые составляют 70-90% его общего объема, содержит около 4–5% СО, 2–3% углеводородов, 5–10% азота и его соединений. Около 6% газа теряется и поступает в атмосферу.

При выплавке 1 т чугуна выброс пыли составляет около 4,5 кг, сернистого газа – 2,7 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу также выбрасываются в небольших количествах соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и др. Учитывая большие объемы выплавляемого чугуна (сотни миллионов тонн), масштабы загрязнения воздуха металлургическими заводами велики.

Однако в бόльших масштабах воздух загрязняется пылью, оксидами серы и азота, другими вредными веществами при сжигании угля на тепловых электростанциях. Так, современная тепловая электростанция мощностью 2,4 млн кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу около 680 т оксидов серы, 200 т оксидов азота, 120-240 т твердых частиц (зола, сажа, пыль).

48

Химическая промышленность загрязняет атмосферу токсичными газами. Последствия их воздействия на биосферу, человека иногда трагичны. В 1984 г. в г. Бхопале в Индии при аварии на электростанции в воздух поступило 40 т токсичных газов, что привело к смерти 2,5 тыс. чел. и заболеванию более 50 тыс. чел. В мексиканском городе Сегодад за счет ядовитого воздуха, принесенного с территории США, произошли массовые отравления детей ртутью, содержащейся в виде взвеси. Умерло 8 тыс. чел.

Основным загрязнителем городской атмосферы является автотранспорт – 30–70%. Суммарная мощность автомобильных двигателей больше мощности тепловых станций. В СССР выбросы вредных веществ автомобилями (на 80–90% грузовыми) составляли

(млн т/год): в 1960 г. – около 10, в 1970 г. – 22, в 1980 г. – 39. Авто-

мобили мира в 80-х гг. ежегодно выбрасывали в атмосферу (млн т/год): СО – 260, углеводородов – 40, оксидов азота – 20. В крупных городах мира (Нью-Йорк, Москва, Токио и др.) автомобильная доля загрязнения воздуха оксидом углерода составляет 90-99%, углеводородами – 65–90%, оксидами азота – до 33%. И степень этого загрязнения с увеличением автомашин грозит создать в городах нездоровые условия жизни, в отдельных случаях – смертельные, особенно когда добавляются иные промышленные выбросы.

В крупных городах с большой плотностью автотранспорта и котельных, сжигающих каменный уголь, нефтяные продукты, при застое воздуха образуется смог – смесь дыма с ядовитым туманом. Он содержит высокие, опасные для жизни людей концентрации угарногогаза СО, оксидов серы, азота и ихсоединений.

Примеры. 1. В Лос-Анджелесе до 60 дней в году наблюдается сильный фотохимический туман из-за загрязнения воздуха автотранспортом. При этом за счет фотореакции образуются нитраты, озон, органические перооксиды, пероксилацетилнитрат. 2. В г. Доноре (США) 26 октября 1948 г. густой туман – смог – окутал на двое суток дома. Заболело около 6 тыс. чел., 20 чел. умерли. 3. В Лондоне в декабре 1952 г. за 3–4 дня от смога пострадали более 4 тыс. чел. Главным вредным компонентом был оксид серы

SO2.

Смоги и кислотные дожди – примеры негативного воздействия человека на природу. Оно принимает все более угрожающий характер.

49

Общая масса антропогенного загрязнения атмосферы со-

ставляет около 700 Мт/год. Данные по массе веществ, приведенные в таблице 2.1, ориентировочны, поскольку они весьма различны у разных авторов. Это обусловлено большими колебаниями природных и антропогенных выбросов. При сжигании топлива также образуются пары воды и СО2. Их к вредным веществам не относят.

Таблица 2.1 Масса веществ, в основном загрязняющих в атмосферу, Мт/год

	Вещество	СО	SO2	NOx	Дым,	CnHx	Фрео-	O3	Pb	Hg
					пыль		ны
	Естественное	5000	140	1400	20000	1000	–	200	–	–
	поступление
	Антропогенные	300	150	50	250	50	2	–	0,2	0,005
	выбросы

Почти половина антропогенного загрязнения атмосферы СО, NOх, SO2, углеводородами связана с выхлопами автотранспорта, количество машин которого в мире составляет около 500 млн И доля этих загрязнений возрастает, так как постоянно растет число автомобилей.

СО. Его основной антропогенный источник – более 80%– выхлопные газы автомашин ( 260 Мт/год). Они содержат его до 15%. В природе основной источник СО – лесные пожары.

SO2. Человек его получает обычно при сжигании угля (70%) и мазута (16%). Природный источник – действующие вулканы.

NOx – NO и NO2. Образуются при грозах и работе двигате-

лей.

Углеводороды CnHx. Их главный источник – растения ( 1000 Мт/год). Основной антропогенный источник – выхлопные газы автотранспорта (более 60%).

Влияние загрязнения атмосферы на человека, фауну и флору В организм человека и многих животных загрязнители атмосферы попадают преимущественно (на 90%) через систему дыхания. В организме вредные примеси вызывают токсический эффект, являются помехой для очистки дыхательного тракта, могут быть носителями ядовитых веществ. Основные виды заболеваний от загрязнения воздуха: бронхиты, астма, поражение верхних ды-

50