2.2. Пределы допустимого воздействия на природные экосистемы
Выделяют два различных понятия: „допустимые антропогенные воздействия” и „допустимые антропогенные нагрузки” на природные экосистемы, окружающую среду и биосферу
Любая возникающая за счет какого-либо воздействия нагрузка в экологической системе, способная вывести ее из естественного (нормального) состояния, определяется как экологическая нагрузка. Если экологическая нагрузка не вызовет нежелательных последствий, изменений у обитающих на земле организмов, и в первую очередь у человека, а также не приведет к ухудшению (слабому или существенному) качества природной среды, ее можно считать допустимой.
Под допустимым антропогенным воздействием на окружающую природную среду (ОПС) следует понимать воздействие, складывающееся из отдельных однородных и разнородных воздействий, которое не влияет на качество окружающей среды или изменяет природную среду в допустимых пределах, т.е. не разрушает существующую экосистему и не вызывает неблагоприятных последствий у важнейших популяций, в первую очередь у человека.
Понятие допустимого воздействия связано со следующими представлениями:
– о высоком и приемлемом качестве природной среды;
– о допустимых и критических реакциях экосистем, других элементов биосферы на воздействия и о состоянии экосистем в интервалах, ограниченных такими реакциями;
– о допустимых и критических величинах факторов воздействия, соответствующих допустимым или критическим состояниям систем в любой точке, а также усредненных по пространству – для отдельного организма, популяции, сообщества, экосистемы, биосферы в целом;
о допустимых колебаниях качества природной среды;
о допустимых и критических нагрузках на организм, популяции,
сообщество, экосистему и биосферу в целом.
Следует принимать во внимание два уровня воздействия вредных факторов на природные системы:
уровень критического воздействия (начиная с которого может иметь место гибель или необратимая деградация данной системы, например выпадение каких-либо видов);
уровень допустимого воздействия, существенно отличающийся от критического.
В этом случае речь идет о сравнительно небольших изменениях качества природной среды, не влияющих на нормальное функционирование экосистем и отдельных популяций, об оценке интенсивности (величины) факторов воздействия, не приводящих к значительным изменениям в пределах границ, называемых допустимыми.
Для того чтобы поддержать состояние экологического благополучия, необходимо, чтобы допустимое воздействие соответствовало допустимой нагрузке. Следовательно, нужно знать количественные характеристики, т.е. величины как антропогенных воздействий, так и антропогенных нагрузок.
Величина воздействия зависит от того, какие пределы считать допустимыми, и определяются целями, которыми задается человек при сознательном и неравномерном воздействии на ОПС.
При экологическом нормировании антропогенных нагрузок необходимо учитывать возможности элементов биосферы и экологических систем. Эта работа включает определение параметров желаемого качества окружающей среды, допустимых нагрузок на биосферу и ее элементы и выработку нормативов по ограничению антропогенных воздействий (ограничение источников воздействия, ограничение с помощью рационального учета геофизических характеристик местности и т.д.).
Нормы допустимого воздействия, как и другие экологические нормы, не могут быть едиными для любого типа экосистем, а также для любых климато–географических условий.
Определение пределов допустимого воздействия тесно связано со многими областями экологии, прежде всего с экологическим нормированием, с оценкой риска, с экотоксикологией.
Разработка нормативов допустимых уровней загрязнения окружающей среды приобрела экологический характер; она требует знания путей распространения, трансформации, возможного накопления ингредиента, характера его взаимодействия с биотической и абиотической составляющими биосферы, соотношения между концентрациями загрязнений различных сред и возможными скоростями поступления этого ингредиента из различных сред в организмы животных и человека. Таким образом, для разработки нормативов допустимого воздействия необходимо выполнить комплекс работ по изучению характера и закономерности распространения, накопления, деструкции, биоаккумуляции, трофических превращений загрязняющих веществ, их трансформации в экосистемах, перехода из одной среды в другую в локальном, региональном и глобальном масштабах.
Нормирование качества ОПС представляет собой прежде всего деятельность по установлению нормативов (показателей) предельно допустимых воздействий на окружающую среду.
Нормативы качества ОПС подразделяются на три группы: санитарно–гигиенические, экологические (производственно-хозяйственные) и комплексные, сочетающие в себе признаки первой и второй групп.
К санитарно-гигиеническим показателям относятся нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ, физических воздействий, нормативы санитарных, защитных зон, радиационного воздействия и др. Целью создания таких нормативов является определение показателей качества окружающей среды применительно к здоровью человека. Это наиболее разработанная часть нормативов качества ОПС.
Вторую группу образуют экологические нормативы. Основу группы составляют нормативы выбросов и сбросов вредных веществ. Они устанавливают требования непосредственно к источнику вредного воздействия, ограничивая его деятельность определенной пороговой величиной выброса (сброса).
Контрольные вопросы
Что такое „эколого-экономическая” система? Приведите конкретный пример такой системы.
Какие мероприятия обеспечивают нормальное функционирование эколого-экономических систем?
Какие уровни эколого-экономической системы существуют?
Каким образом взаимосвязаны между собой производство и природные системы?
Перечислите мероприятия, входящие в систему управления качеством окружающей среды.
Объясните принципиальное различие понятий: „регламентация содержания вредных веществ в окружающей среде” и „регламентация поступления вредных веществ в окружающую среду”.
Какие показатели входят в нормативы качества окружающей природной среды?
Чем отличаются экологические нормативы от санитарно-гигиенических показателей?
3. РЕГЛАМЕНТАЦИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ВОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Во всех сферах природопользования антропогенные нагрузки на окружающую природную среду должны обеспечивать безопасность среды обитания человека и не приводить к деградации природных экосистем.
Оценка окружающей среды предполагает сравнение ее состояния с определенными нормами. В качестве критериев могут выступать показатели естественного ненарушенного состояния природных комплексов или фоновые параметры среды. Разрабатываются экологические нормативные показатели, характеризующие меру возможного воздействия человека на природу.
Экологическое нормирование является этапом стратегии регулирования качества окружающей природной среды. Система нормирования является инструментом государственной политики в области природопользования и охраны окружающей среды.
В основе современного законодательства различных стран, в том числе Украины, регулирующего антропогенные нагрузки на окружающую природную среду и обеспечивающего безопасность среды для человека, лежит система нормирования уровней концентраций загрязняющих веществ с использованием стандартов допустимых концентраций:
предельно допустимых концентраций (ПДК);
максимально допустимых уровней (МДУ);
предельно допустимых уровней (ПДУ);
ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ);
допустимых остаточных количеств (ДОК) и др.
В нашей стране наиболее апробированной для характеристики загрязненности окружающей природной среды является система ПДК загрязняющих веществ. Нормативные показатели определяются исходя из требований экологической безопасности населения, а регламентация заключается в установлении так называемых санитарно-гигиенических нормативов содержания вредных веществ в воздухе, воде, почве, сельскохозяйственных продуктах, продуктах питания, материалах
Разработка ПДК имеет почти 100-летнюю историю. Впервые в 1896 году Хирт предложил использовать для атмосферного воздуха в качестве ПДК хлористого водорода величину 160мг/м3. И хотя в наше время вполне очевидна её несуразность (современная ПДК дляHClравна 0,5 мг/м3, т.е. в 320 раз меньше предложенной Хиртом), но это была первая попытка регламентировать загрязнения окружающей природной среды.
Предельно допустимые концентрации впервые были введены в СССР. Первоначальный перечень ПДК был составлен в 1952 году на 6 веществ: пыль, SO2 , CO и др. В начале 60-х годов СССР был единственным государством в мире, где ПДК имели законодательную силу. К 1968 году такие стандарты были официально приняты в 8-ми, а к 1973 году – в 22-х странах мира.
Однако во всех странах темпы разработок ПДК не поспевают за темпами появления новых веществ. Следует добавить, что разработка ПДК одного вещества занимает 3-5 лет и обходится от 300 до 600 тыс долларов.
К настоящему времени в Украине действует ПДК для более 320-ти веществ, загрязняющих атмосферу, для более 600 веществ, загрязняющих воду, и для нескольких десятков веществ, загрязняющих почву. Для 40 комбинаций вредных веществ существуют суммарные ПДК.
Общий перечень ПДК для указанных систем в России превышает 2000 наименований.
Что касается ПДК для донных отложений и илов, то таких нормативов нет не только в Украине, но и в других странах (иногда вместо них используются ПДК для почв, что вообще недопустимо). Следует отметить, что в Нидерландах созданы ПДК для некоторых токсичных компонентов илов, однако эти нормативы еще далеки от совершенства, так как получены в основном расчетным методом.
ПДК – это максимальная концентрация вредного вещества в окружающей среде, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает вредного воздействия, включая отдаленные последствия, на него и на окружающую среду в целом.
Эта величина обоснована клиническими и санитарно-гигиеническими исследованиями и носит законодательный характер.
Данное определение универсально, но с точки зрения токсикологии (токсикология – наука, изучающая взаимодействие яда и организма) является слишком неконкретным. Известно, что воздействие загрязняющих веществ, содержащихся в воде, воздухе или почве, на организм существенно различаются и, следовательно, ПДК должны устанавливаться на основе различных токсикометрических оценок. Поэтому и принципы нормирования загрязняющих веществ в разных средах различаются.
Другое определение ПДК – это такое количество вредного вещества в окружающей среде, при котором на человека и окружающую среду не оказывается ни прямого, ни косвенного вредного воздействия.
Под прямымвоздействием имеется в виду нанесение организму временного раздражающего действия, вызывающего кашель, ощущение запаха, головной боли и подобных явлений, которые наступают при превышении пороговой величины концентрации вещества. К прямому воздействию на организм также относится влияние тех вредных веществ, которые, накапливаясь в организме, при превышении определенной дозы могут вызватьпатологические изменения.
Под косвенным воздействием подразумеваются такие изменения в окружающей среде, которые, не оказывая вредного влияния на организм, ухудшают обычные условия обитания (например, увеличивают число туманных дней, поражают зеленые насаждения и т.п.).
При определении ПДК учитывается не только влияние загрязняющего вещества на здоровье человека, но и его воздействие на животных, растения, микроорганизмы, а также на климат и санитарно-бытовые условия жизни.
Величины ПДК разрабатываются специально уполномоченными государственными органами. Установление ПДК – сложный процесс, которому предшествуют многочисленные опыты на животных, растениях, грибах и микроорганизмах. При появлении первых признаков нарушения обмена веществ, состава крови, кислородного обмена и т.п. доза считается предпатологической. Она устанавливается при длительном опыте по физиологическим, биохимическим, физическим и другим показателям. Только биохимических тестов при этом учитывается не менее 40.
Большая часть исследований проводится в экспериментах на животных. Ряд данных получают в результате обобщения и статистического анализа данных наблюдений на производственных континентах, – некоторые на людях-добровольцах (например, для обнаружения порога восприятия запаха). Исследования на людях возможны лишь в случае полной гарантии безопасности испытуемых в соответствии с Хельсинской конвенцией и другими международными и национальными документами.
Основные принципы санитарно-гигиенической регламентации (нормирования) химических веществ разработали А.Н. Сысин и С.Н. Черкинский в 1949г. и сводятся к следующим пунктам:
Принцип опережения токсикологических исследований по сравнению с внедрением в повседневную практику.
Приоритет медицинских и биологических показателей в установлении нормативов по сравнению с другими требованиями (например, экономическими).
Концентрация пороговости воздействия. Порогом воздействия называют величину концентрации химического вещества, которая вызывает переход из одного качественного состояния биологического объекта в другие.
Концепция пороговости вызывает ряд возражений и продолжает обсуждаться; она связана с другой не менее дискуссионной проблемой – нормы и патология. Не вызывает возражений тот факт, что повреждения вызываются тогда, когда негативные процессы преобладают над позитивным, адаптационные возможности живого организма исчерпаны, а скорость восстановления измененных в результате воздействия яда функций и структур ниже, чем скорость деструктивных процессов.
Пороговая концентрация устанавливается в опытах на животных (иногда – на основе реакций у наиболее восприимчивых людей). При переходе от нормативов, полученных экспериментально на лабораторных животных, к ПДК для человека устанавливают некоторый коэффициент запаса (коэффициент безопасности). Этот коэффициент должен обеспечить безопасность ПДК в связи с трудностями экстраполяции на человека результатов, полученных на животных.
Коэффициент запаса позволяет, в известной мере, исключить негативные последствия, связанные с возможной неточностью определения пороговых доз концентрации в хроническом опыте на животных, с недостаточной информацией о возможных последствиях действия вещества или с подозрением на наличие у этого вещества каких-либо необнаруженных до того времени вредных для человека свойств.
Нормативные величины ПДК устанавливаются по отношению к пороговым величинам обычно с 2-х кратным запасом. Поэтому при повышении санитарных норм вдвое увеличения числа заболеваний среди населения и жалоб, как правило, не наблюдается. В отдельных случаях для особо опасных веществ величины ПДК устанавливаются с большим запасом по отношению к выявленной пороговой величине влияния на организм. Так, при установлении ПДК для БП, обладающего канцерогенным действием, был принят 10-кратный запас, т.е. больше обычного в 5 раз.
При наличии значительного числа показателей ПДК возникает необходимость выделения перечня наиболее важных, подлежащих контролю в процессе мониторинга.
Во-первых, наблюдению подлежат вещества, выброс и распространение которых имеет массовый характер. К ним относятся, например, SO2, пыль, оксиды азота, CO и СО2 – для атмосферы; нефтепродукты, фенолы, соединения тяжелых металлов – для поверхностных вод; пестициды, тяжелые металлы – для почв.
Во-вторых, наблюдения должны охватывать наиболее токсичные соединения несмотря на то, что абсолютные значения ПДК для них весьма низкие. В воздухе ПДК таких соединений не превышает 5 мкг/м3 (пятиокись ванадия, соли кадмия и мышьяка, ацетофенон, БП); в водоемах – 2 мкг/л (соли бериллия и ртути, фенол, метилмеркаптан и др.).
Степень загрязнения окружающей среды принято оценивать по кратности превышения ПДК, классу опасности (токсичности) веществ, допускаемой повторяемости концентраций заданного уровня, количеству химических элементов и соединений.
В случае одновременного присутствия нескольких загрязняющих веществ с одинаковой степенью вредности суммарный показатель загрязнения Cs может быть определен по следующей формуле
(3.1)
где Сi – фактическая концентрация i – загрязнителя.
Возвращаясь к недостаткам концепции ПДК, следует отметить, что санитарно-гигиенические показатели лишь частично отвечают своему назначению, т.к. ПДК территориально не дифференцированы, они не учитывают влияние реальной ландшафтной ситуации. Например, ртуть, попадая в воздух и почвы в виде неорганических соединений, при небольших концентрациях не представляет большой опасности. Однако в воде она переходит в высокотоксичную метилированную форму, токсичность которой в 30…100 раз больше.
Реальная токсичность металлов может снижаться при увеличении жесткости и нейтрализации водной среды, повышении содержания комплексообразующих агентов (аминокислот, гуминовых кислот, и др.), взвешенных (сорбирующих) веществ, суммарного содержания хлорофилла.
Второй недостаток ПДК связан с тем, что ПДК – величина очень несодержательная. Для многих веществ в нее не заложена оценка мутагенности, канцерогенности, эмбриотоксичности, иммуно- и психотоксичности. Вообще не может быть ПДК для веществ неизвестной химической структуры. А ведь загрязнения окружающей среды сплошь и рядом – это результат реакции чужеродных веществ между собой и с естественными компонентами среды. Не могут быть ПДК и на содержание свободных радикалов, которые под воздействием солнечного облучения образуются при разложении ряда соединений.
Третий недостаток ПДК не учитывает сезонную динамику процессов самоочищения и ассимиляционную ёмкость экосистем (т.е. количество токсина, которое экосистема в состоянии обезвредить в ходе минерализации, накопления и выведения за её пределы).
Так, А.И.Кораблёвой на примере Запорожского водохранилища было показано, что уровень загрязнения днепровской воды такими элементами, как марганец, кадмий, свинец, в ряде случаев достиг ассимиляционных возможностей экосистемы, а по цинку и меди – уже превысил их. При этом полученные ориентировочные экспериментальные концентрации для железа составили 0,04 мг/л, что ниже принятых в Украине величин для рыбохозяйственных водоемов.
Украинскими токсикологами предложено использовать вместо традиционных ПДК количественный биологический критерий – интегральную токсичность воды (Тi), который, по их мнению, отражает отклик биоты на воздействие токсинов в конкретном водоёме и является величиной, обратной коэффициенту разбавления загрязненной воды (1/КР), т.е. разбавления токсичных веществ до уровня, при котором у тест-объекта в течение 48 часов не наблюдается токсического эффекта. Показатель КР выражается соотношением 1:1, 1:2, 1:10, 1:100, а Тi – целыми числами: 1, 2, 10, 100 (т.е. баллами интегральной токсичности).
Недопустимость использования единых ПДК для загрязненных и „чистых” регионов объясняется тем, что:
– показатель «универсальности» ПДК неизбежно вступает в противоречие с природоохранным назначением этого норматива, поскольку, с одной стороны, она нацеливает на стабилизацию, а не на оздоровление экологической обстановки, так как не запрещает разбавление отходов в окружающей среде (воздухе, воде), допуская тем самым неполную очистку выбросов и сбросов;
– в относительно чистых регионах нерадивые хозяйственники получают возможность беспрепятственно загрязнять среду до уровней, установленных ПДК, т.е. не совершая нарушений ПДК (с юридической точки зрения!), могут фактически совершать экологическое преступление (выбрасывать в окружающую среду большое количество загрязняющих веществ); другими словами, если нет превышения ПДК, следовательно, нет и нарушения природоохранного законодательства.
Четвертый недостаток. Установленные ПДК для радионуклидов фактически не оправдывают себя, так как в настоящее время практически невозможно установить норму дополнительного (к естественному фону) загрязнения по следующим причинам:
– радиоактивный фон на поверхности Земли меняется от 0,8 до 3 мЗв/год (для сведения: принятая норма облучения человека за счет естественного фона составляет в среднем за год 1м3в, в течение жизни – не более 0,13в. Зиверт – единица измерения эквивалентной дозы, имеющая размерность Дж/кг; эквивалентная доза – поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий коэффициент для данного вида излучения, значение которого изменяется от 1 до 20);
– показатели фона естественных радионуклидов повышаются в результате добычи и использования ископаемых ресурсов, применения минеральных удобрений, отделки жилища и служебных помещений стройматериалами минерального происхождения и др. Например, в строениях из камня и кирпича доза облучения пребывающих в них людей в среднем на 20% выше по сравнению с естественным радиационным фоном.
Указанные обстоятельства привели к повышению средней индивидуальной дозы облучения населения промышленно развитых стран до уровня 4 м3в/год. В Украине этот показатель еще выше – 4,86 м3в/год.
Исследования последних лет привели к выводу об отсутствии каких–либо нижних безопасных порогов действия канцерогенных и радиоактивных веществ: даже незначительное превышение их естественного фона опасно для человека и других организмов с генетической точки зрения. В этой связи даже малые дозы облучения, официально принятые в Украине, способны подавить процессы обновления вещества наследственности – ДНК. Поэтому решение правительства бывшего СССР после аварии на Чернобыльской АЭС об искусственном завышении ПДУ загрязнения продуктов питания иначе как экологическим преступлением против своего народа назвать нельзя.
В частности, для молока ПДУ радионуклидов был установлен как 2∙10-6 мКи /л (до 1986 года это был показатель ПДУ для радиоактивных отходов!), а допустимая индивидуальная доза для участников–ликвидаторов аварии на ЧАЭС – на уровне 250 м3в в то время, как основные дозы облучения, полученные населением пострадавших районов в первые недели и месяцы после аварии, в большинстве случаев составили 350 м3в (т. е. около 30% участников–ликвидаторов фактически были обречены на смерть от рака).
Пятый недостаток. Традиционная ПДК далека от экологически оправданного (реального) норматива, так как разрабатывается относительно искусственной нормы – лабораторного контроля, который стремятся приблизить к санитарной норме.
Именно несоответствием лабораторного контроля природной норме объясняются имеющие случаи бесконечных „уточнений” ПДК утвержденных в разное время ПДК. Так, ПДК бензола и анилина, действовавшие на территории бывшего СССР, пересматривались на протяжении почти 40 лет и, в конечном счете, были снижены по сравнению с первоначальными в 40 и 1000 раз соответственно.
Для систем водопользования концепция ПДК не учитывает природное качество (норму) воды, а лишь подразумевает нормативное качество воды питьевой, технической, а также воды, используемой для орошения, рыбного хозяйства и рекреации.
С целью экологизации существующих санитарных нормативов были предложены три уровня регламентации ПДК, соответствующие трем основным состояниям природных экосистем: стационарные, обратимо и необратимо измененные антропогенными факторами.
При этом принимается, что ПДК первого уровня гарантирует сохранение стационарного состояния экосистемы, в то время, как превышение ПДК третьего уровня предупреждает о возможном разрушении экосистемы. Таким образом, экологическое благополучие экосистемы может быть гарантировано только при условии сохранения ее стационарного состояния, когда концентрации токсичных веществ не выходят за пределы ПДК первого уровня. Нормирование же по ПДК второго, а тем более – третьего уровня, должно быть кратковременным.
Необходимость экологического нормирования стала очевидной около 40 лет тому назад, когда резко обострились проблемы, связанные с антропогенным загрязнением окружающей природной среды.
Шестой недостаток. Число точек воздействия токсиканта в клетках, ответственных за изменение обмена веществ, огромно и может достигать десятков тысяч. Поэтому попытки некоторых исследователей установить ПДК веществ по изменению их содержания или активности в организме маловероятно. Особенно это касается соединений со слабой избирательной токсичностью, а также сложных и многокомпонентных смесей токсических веществ, из которых преимущественно и состоят промышленные отходы. Чаще всего истинный химический состав этих ядовитых смесей, изменяющихся во времени под действием абиотических факторов и обладающих синергетическим эффектом, не известен.
Кроме того, каждый вид (за редким исключением) в целом приспособлен к окружающей среде не в одной своей форме, а в двух или нескольких формах, и не к определенному сезону или биотоку с характерным для него комплексом условий, а к нескольким. Отсюда следует, что диапазон колебаний какой-либо реакции, выявленный на одном из биологических видов, характерен только для конкретного вида ине может бытьраспространен даже на разные формы одного и того же вида.
Безусловно, ПДК и стремление их снизить должны оставаться как первичный контроль среды, но недостатки ПДК очевидны.
Главный критерий оценки благоприятности среды – это здоровье человека. Массовые онкологические заболевания, массовые аллергии, резко возрастающее количество патологий при рождении, высокая смертность младенцев, букет болезней, связанных с подавлением иммунной системы – таков отклик природы на безнравственное отношение к ней нашего общества. Поэтому нужны критерии, оценивающие биологическую опасность среды. Биологическую опасность среды можно оценивать на основании корреляции между данными медицинской статистики и загрязнением среды. Однако медицинская статистика фиксирует результат. Важно же - предсказать опасность среды. Для этого можно разработать более глубокую систему оценок, взяв за единицу живого клетку. На основании признаков, характеризующих жизнедеятельность клетки, можно разработать систему тестирования и предсказать комплексную биологическую опасность среды.
Кроме того, санитарно-гигиенические нормы, установленные исходя из влияния на организм человека, не учитывают реакции других организмов. Допустимое для человека загрязнение может привести к нарушению состояния многих видов растений и животных и экосистемы в целом. Поэтому для оценки состояния природной среды наряду с ПДК необходимо использовать и экологические критерии.