2.2. Разрушение литосферы

Литосфера - верхняя часть земной коры. В отличие от рас­сматриваемых далее процессов загрязнения атмосферы и оке­ана, нарушения литосферы всегда более или менее локаль­ны, их влияние распространяется на территории, непосред­ственно примыкающие к району нарушений. Влияние таких нарушений может простираться на десятки и сотни километ­ров..

Главным фактором нарушения литосферы является усиление процесса перемещения твердого вещества на планете в результате добычи и сжигания ископаемого топлива (т.е. углеродистых энергоносителей), разработки месторождений минеральных ресурсов и эрозии почв. Масштабы техноген­ного влияния человека на литосферу достигли колоссальных величин, которые превышают интенсивность естественных потоков вещества и подтверждают вывод В.И. Вернадского о том, что человек сегодня является главной геологической си­лой планеты (табл. 1.3).

Интенсивность вмешательства в геологическую среду воз­растала с увеличением энерговооруженности человека. К при­меру, скорость строительства крупных гидротехнических со­оружений за последнее столетие возросла в 10 раз. В результате антропогенного вмешательства в литосферу искусственные (или техногенные) грунты уже покрывают более 55% площади городских территорий, а в ряде урбанизированных райо­нов (Европа, Япония, Гонконг и др.) от 95 до 100% террито­рии, их мощность достигает нескольких десятков метров.

Таблица 1.3.

Техногенное воздействие на верхние горизонты земной коры [35]

Техногенное воздействие	Количе-
	ство в год
Извлечение из литосферы
Добыча минерального сырья, млрд т	100
Добыча минералов, млн т	800
Водозабор, км3	560
Твердый сток в моря, морская абразия и денудация, млрд т	17,4
Выброс нефти в море, млн т	10
Поступление в литосферу
Внесение удобрений в почву, млн т	500
Внесение пестицидов в почву, млн т	5
Отвалы золы, млн т	350
Промышленные и коммунальные стоки (сточные воды), км3	500
11еремещение пород при строительстве и добыче ископае-
мых, км3	4000

Если к 1985 г. суммарная площадь суши, покрываемая всеми вида­ми инженерных сооружений (здания, дороги, водохранили­ща, каналы и т.п.), составляла около 8%, то к 1990 г. она пре­высила 10%, а к 2000 г. возросла до 15%, т.е. примерно до 1/6 площади суши Земли.

Особенно губительна для литосферы добыча полезных ископаемых открытым способом. П. Сампат [69] пишет об аст­рономическом количестве отходов пустой породы, которая накапливается при этом варварском способе добычи сырья. Так, В 2000 году в мире было добыто 900 млн. т железа, после чего на поверхности литосферы осталось 6 млрд. т пустой породы. На каждую тонну добытой меди приходится по 110 т пустой по­роды и свыше 200 т снятой почвы.

В Российской Федерации общая площадь земель, нарушен­ных при добыче полезных ископаемых, а также занятых отхо­дами горного производства, превысила 2 млн. га, из которых 65% приходится на европейскую часть страны. Только в Куз­бассе угольными карьерами занято свыше 30 тыс. га, а в рай­оне Курской магнитной аномалии - более 25 тыс. га плодо­родных угодий. Нарушение целостности литосферы происходит также при строительстве угольных шахт и добыче нефти. Например, в результате добычи нефти и газа произошло осе­дание грунта почти на 9 м в городе Лонг-Бич (США).

Немалый вклад в изменение литосферы внесла гидроме­лиорация. Суммарная длина только искусственных водохра­нилищ, построенных на территории бывшего СССР к сере­дине 1980-х гг., равнялась длине экватора Земли. На всем их протяжении развивались и продолжают развиваться различ­ные геологические процессы (активизация склоновых процес­сов - смыв грунта, переработка берегов, подтопление и т.д.). Протяженность магистральных оросительных и судоходных каналов на территории СНГ, также изменяющих геологичес­кую обстановку, намного больше и составляет около 3/4 рас­стояния от Земли до Луны.

Фактором, нарушающим литосферу, является откачка грунтовых вод, вызывающая опускание поверхности. Так, северо-восточная часть Токио за период с 1920 по 1975 гг. опус­тилась на 4,5 м. Аналогичное опускание на 4-9 м произошло в Мехико. Вследствие больших водозаборов из грунтовых вод активизируются карстовые процессы. По этой причине в Уфе зарегистрировано 80 провалов, в Дзержинске - 54 провала. В северо-западной части Москвы образовалось 42 карстовые коронки диаметром до 40 м при глубине 1,5-8 м.

Крупные вмешательства человека в литосферу стали так­же причиной землетрясений. Чаще всего землетрясения тех­ногенного происхождения возникают в связи с созданием крупных и глубоких водохранилищ.

2.3. Загрязнение атмосферы

Загрязнение атмосферы - одно из наиболее опасных последствий научно-технической революции и использования человеком ископаемого топлива. Экологи насчитывают око­ло 2000 загрязнителей атмосферы, значительная часть кото­рых образуется в основном в результате хозяйственной дея­тельности человека.

2.3.1. Обшая характеристика

Наиболее распространенные атмосферные загрязнители -сернистый газ (SO2), оксиды азота (N2O, NO, NO2), оксид углeрода (угарный газ - СО), хлор, формальдегид (НСНО), фе­нол (С6Н5ОН), сероводород (H2S), аммиак (NH3), бенз(а)пирен, пыль. В некоторых случаях из оксидов азота и углеводо­родов под действием солнечного света могут образовываться новые соединения (фотооксиданты) - озон, азотная кислота и др., вызывающие у человека воспаление слизистых оболо­чек дыхательных путей. В целом загрязнение атмосферы па­губно влияет на здоровье людей. Так, только от загрязнения в результате сжигания топлива в мире ежегодно умирает 2,7 млн. человек, из них 2 млн. - в развивающихся странах [24].

Основные виновники загрязнения атмосферы – это города с их транспортом и промышленностью. Если принять загряз­нение атмосферы над океаном за единицу, то над селами оно выше в 10 раз, над небольшими городами - в 35, а над боль­шими городами и промышленными объектами - в 150 раз. Толщина слоя загрязненного воздуха над городом составляет 1,5-2 км.

Следствием загрязнения атмосферы является формирова­ние смога - туманной завесы над промышленными предпри­ятиями и городами, образованной из газообразных отходов, в первую очередь диоксида серы. Различают зимний смог (лон­донский тип) и летний смог (лос-анжелесский тип). Предпо­сылкой для формирования зимнего смога является безветрен­ная тихая погода, способствующая накоплению выхлопных газов транспорта и выбросов из невысоких труб. Летний смог (его называют также фотохимическим) вызывается оксидами азота и углеводородами, из которых при интенсивном солнеч­ном свете образуются фотооксиданты, преимущественно озон. В Лондоне в 1952 г. смог привел к гибели 4000 человек, еще больше жизней смог унес в 1956 г.

Основной причиной загрязнения атмосферы в Российской Федерации (по объему выбросов из стационарных источни­ков без учета транспорта) в настоящее время являются пред­приятия энергетики (25% общего выброса промышленнос­тью), цветной (23%) и черной (16%) металлургии, нефтедобывающей промышленности (11%). Наибольший вклад в заг­рязнение атмосферы вносят тепловые электростанции, рабо­тающие на угле и мазуте. Сильно загрязняют атмосферу неф­теперерабатывающие предприятия и автотранспорт, а также котельные и домашние печи, которые топят углем. В целом в Российской Федерации за период 1996-2000 гг. количество выбросов в воздух от стационарных источников уменьшилось с 20 274, 12 до 18 819, 82 тыс. т.

Несмотря на столь высокие уровни загрязнения атмосфе­ры, Россия не является главным загрязнителем атмосферы планеты (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей в мире и в Российской Федерации, млн т [2]

Загрязнитель	Весь мир		Российская Федерация
	Стацио­нарные источники	Транс­порт	Стацио­нарные источники	Транс­порт
Твердые частицы	57	80	6,4	3,7
Оксиды углерода	177	200	7,6	10,1
Диоксид серы	99	0,7	9,2	-
Оксиды азота	68	20	3,0	1,1
Углеводороды	4	50	0,2	2,0

Наиболее опасными следствиями загрязнения атмосферы являются усиление парникового эффекта, разрушение озоно­вого слоя, кислотные дожди.

2.3.2.Проблема потепления климата

Важным фактором формирования климата является пар­никовый эффект - разогрев приземного слоя воздуха, выз­ванный тем, что атмосфера поглощает длинноволновое (теп­ловое) излучение земной поверхности, в которое превраща­ется большая часть достигнувшей Земли световой энергии Солнца. Вклад в парниковый эффект диоксида углерода со­ставляет 66%, метана - 18, фреонов - 8, оксида азота - 3, остальных газов - 5%. Влияние на парниковый эффект разных газов существенно различается. Так, влияние молекулы метана в 25 раз, а фреонов в 11 тыс. раз сильнее, чем молекулы диоксида углерода.

Парниковый эффект усиливается с повышением концен­трации в атмосфере парниковых газов, а также некоторых других газов и паров воды, что ведет к потеплению климата. И настоящее время содержание диоксида углерода в атмосфе­ре составляет 336 частей на 1 млн. Ежегодно оно возрастает на 1-2 части. С усилением парникового эффекта связывают таяние льдов Арктики. Так, ледовый покров Северного Ле­довитого океана за последние 30 лет стал тоньше на 40%. Несколько десятилетий назад достичь Северного полюса могли лишь отдельные героические личности. Сегодня его можно посетить на ледоколе средней мощности в комфортабельной каюте. Тают ледники Гренландии, Альп, Кавказа, Килиман­джаро [9]. За последние 9 лет скорость таяния ледников Гренландии возросла почти в 3 раза.

Последствия усиления парникового эффекта. При повы­шении концентрации диоксида углерода до 400-500 частей произойдет потепление поверхности всей планеты в среднем на 1-1,5 °С, а при концентрации 600-700 частей - на 4-5 °С. Потепление климата вызовет катастрофические изменения в биосфере, участятся засухи, резко возрастет скорость тая­ния ледников Арктики, Гренландии и в горных массивах (вклад Антарктиды предполагается незначительным, так как при потеплении там будет выпадать больше осадков и уско­рится нарастание толщи льда). Поднимется уровень миро­вого океана. К 2030 году ожидается повышение уровня океана на 20 см, а к 2100 - на 60 см. В результате могут быть потоплены равнинные приморские страны, в том числе та­кие густонаселенные, как Бангладеш, а также большая часть Нью-Йорка со всей системой подземного транспорта и аэро­портами. В северных территориях с многолетней мерзлотой возможно вытаивание ледяных толщ и образование на месте лесов озер.

Некоторые страны с холодным климатом (скандинавские, Канада, Россия) окажутся в выигрышном положении, так как улучшатся климатические условия для их сельского хозяйства. Однако из-за уменьшения количества осадков резко снизится производство зерна в североамериканских прериях, которые являются его главными производителями в гло­бальном масштабе. Э. Длуголецки полагает, что сегодня толь­ко начинается рост экономического ущерба от изменения климата: «При теперешних темпах роста к 2065 г. величина такого ущерба превзойдет прогнозируемый валовой миро­вой продукт. Но мир придет к банкротству... еще до этого» [9, с. 41].

Несмотря на документы конференции в Рио-де-Жанейро, которые обязывали все страны уменьшить выбросы углекис­лого газа в атмосферу, положительный результат достигнут только в Германии, которая снизила выбросы на 10%. В Рос­сии в 1990-е гг. выбросы углекислого газа уменьшились на 27,4%, но это произошло в результате спада производства, в настоящее время выбросы медленно растут. В то же время Индонезия увеличила выбросы углекислого газа почти на 40%, Китай и Индия - на 30%, Бразилия - на 20%.

В США, доля которых в глобальном выбросе углекислого газа составляет 27,9%, выбросы увеличились на 6,2%. Эта страна является печальным рекордсменом в загрязнении окружающей среды. При среднемировом количестве выбросов углекислого газа на одного человека - 0,9 т (в России - 2,9, в Индии - 0,3), в США этот показатель составляет 5,3 т. И уменьшать количе­ство выбросов этот «технологический монстр» не собирается, США отказались подписать Киотский протокол.

Альтернативные гипотезы. Следует учитывать, что гипоте­за о неизбежности потепления климата вследствие усиления парникового эффекта с последующим повышением уровня оке­ана признается далеко не всеми. Так, существует мнение, что потеплению климата будут препятствовать океанические те­чения. В настоящее время мягкость климата в странах Евро­пы во многом определяется теплыми поверхностными тече­ниями (частью их является Гольфстрим), которые мощным потоком (с объемом воды, примерно равном ста Амазонкам) поступают из тропических районов Атлантики. Эти воды не­сколько более соленые и потому более тяжелые, чем воды

Северной Атлантики. Близ Исландии они сильно охлаждают­ся, отдавая свое тепло атмосфере, опускаются на дно и дают начало мощному холодному течению, которое движется на большой глубине уже в обратном направлении - к югу Ат­лантического океана.

В механизме, приводящем в движение «конвейер» морс­ких течений, очень важную роль играет опускание тяжелых, более соленых вод в Северной Атлантике. Если начнется тая­ние ледников Гренландии, то воды теплого течения станут более пресными и соответственно менее тяжелыми. Они пе­рестанут «тонуть», и «конвейер» передачи тепла с юга в Северное полушарие остановится. В результате произойдет не потепление, а похолодание во всех странах Северной Европы (в России похолодает не только в Санкт-Петербурге, но и в Москве, а возможно и южнее).

Наконец, некоторые климатологи считают, что потепле­ние климата не связано с хозяйственной деятельностью чело­века. Это естественный процесс колебания климата, и вклад антропогенного углерода не превышает 10% его количества, участвующего в круговороте.

Косвенные последствия потепления климата. Влияние по­тепления климата может вызвать широкий спектр косвенных эффектов, это скажется на функционировании экосистем, са­нитарных и других условиях жизни, что может обернуться со­циально-экономическими потрясениями. Так, предполагают, что переносчики опасных болезней (малярийный комар, брю­хоногие моллюски, переносящие шистоматоз) захватят новые широты и высоты. В результате заболеваемость малярией мо­жет увеличиться с 2 до 50-80 млн случаев в год. Рост темпера­туры воды будет способствовать более интенсивному цвете­нию водоемов и размножению холерных вибрионов (возмож­но появление и новых штаммов). Засухи увеличат число случаев недоедания и голода, что особенно скажется на бед­ных странах.

2.3.3. Разрушение озонового слоя

Озоновый слой - слой атмосферы (стратосферы) с повы­шенным содержанием озона (О3), расположенный на высоте 20-45 км. Содержание озона в нем примерно в 10 раз выше, чем в атмосфере у поверхности Земли. Если весь этот озон собрать и сжать до давления, равного давлению атмосферы на уровне моря, то толщина его слоя составит 3 мм.

Озон образуется при поглощении ультрафиолетового из­лучения молекулами кислорода. Атомы кислорода отщепля­ются от этих молекул и, сталкиваясь с молекулами кислоро­да, соединяются с ними. Это же излучение разрушает моле­кулы озона. Образованию озона способствуют электрические разряды и присутствие в атмосфере оксидов азота и углеводо­родов. В процессе образования и разрушения озона происхо­дит поглощение ультрафиолетового излучения. Таким обра­зом, озоновый слой защищает поверхность планеты от избыт­ка ультрафиолетовых лучей, неблагоприятно влияющих на живые организмы.

В настоящее время отмечено ухудшение состояния озоно­вого слоя и образование «озоновых дыр» (областей с пони­женным содержанием озона) над полюсами Земли, что пред­ставляет экологическую опасность. Временные «дыры» воз­никают также над обширными районами вне полюсов (в том числе и над континентальными районами Российской Феде­рации). Причиной этих явлений считают попадание в озоно­вый слой хлора (в первую очередь из фреонов, используемых в холодильниках и аэрозольных упаковках) и оксидов азота, которые образуются и почве из минеральных удобрений при их разрушении микроорганизмами, а также содержатся в выхлопных газах автомобилей. Эти вещества разрушают озон с более высокой скоростью, чем он может образовываться из кислорода под влиянием ультрафиолетовых лучей. Вследствие разрушения озонового слоя повышается вероятность заболевания человека раком кожи. Этим объясняется высо­кое распространение этой болезни в Австралии: при населе­нии в 17 млн человек раком кожи ежегодно заболевает 140 тыс. человек, из которых 1 тыс. умирает.

По последним данным, истощение озонового слоя пагуб­но влияет на экосистемы океанов, так как ведет к активиза­ции процесса фотосинтеза и бурному разрастанию фитопланктона и макроводорослей. Ультрафиолетовое излучение на­рушает личиночное развитие крабов, креветок и некоторых рыб и потому играет дважды убийственную роль: воздействуя на океанические формы жизни в самый чувствительный и интимный период их развития и уменьшает количество необходимых им питательных элементов, что может самым губительным образом сказаться на рыболовстве.

Впрочем, мнение о том, что виновником разрушения озонового слоя является только антропогенный хлор, разделяют не все исследователи этого процесса. Есть мнение, что главным фактором является водород, выбрасываемый при извержениях вулканов. Эти аргументы заслуживают внима­ние: ведь основная промышленность, загрязняющая атмосферу хлором, сконцентрирована в Северном полушарии, а озоновая дыра» над Антарктидой намного больше «дыры» над Арктикой. В Южном полушарии вулканов гораздо больше, чем в Северном.

2.3.4. Кислотные дожди

Кислотные дожди - это осадки, в которых содержатся серная и азотная кислоты. При выпадении кислотных дождей происходит самоочищение атмосферы от загрязнения. Кислые дожди образуются в результате выброса в атмосферу ионов серы и азота предприятиями топливно-энергетического комплекса, металлургическими и химическими заводами, а также транспортом. Образование кислот из оксидов и воды происходит при участии фотохимических реакций, pН кислотных дождей - 2,6-3,6.

Кислотные дожди вызывают подкисление почв, снижение прироста леса и урожайности сельскохозяйственных культур. Германия ежегодно теряет от этого 4,7 млрд долларов, Польша -2,7, Швеция -1,5 [24]. При обильных кислотных дождях может происходить усыхание лесов, гибель рыб и многих других орга­низмов в озерах. Кроме того, кислотные дожди переводят в растворимое состояние соединения тяжелых металлов, кото­рые усваиваются растениями, а затем с пищей попадают и организм животных и человека, что вызывает у них болезни.

Кислотные дожди разрушают памятники архитектуры, спи­сок которых достаточно велик. Это - мраморные античные хра­мы Афин, построенный из известняка Собор Святого Павла в Риме, королевский дворец в Амстердаме, Вестминстерское аб­батство и Тауэр в Лондоне, величественный архитектурный ком­плекс Тадж-Махал в Индии и др. Белые потеки на стенах зда­ний и бронзовых статуях - почти обязательное дополнение к архитектурному облику многих городов Западной Европы.

Вследствие атмосферного переноса загрязнения ввиду преоб­ладания ветров западного направления, европейская часть Рос­сии получает значительно больше (примерно в 10 раз) кислотных дождей от наших западных соседей (Германия, Чехия, Словакия, Польша), чем переносится в страны Центральной Европы с тер­ритории России [24]. Главным «экспортером» сернокислых осад­ков оказалась Великобритания, которая «поставляет» в другие страны в 11 раз больше оксидов серы, чем получает сама, за ней следуют Германия, Польша, Чехия и Словакия.

В настоящее время от кислотных дождей в Европе постра­дало почти 50 млн. га леса, что составляет 35% общей площади лесных массивов континента. В некоторых странах (Чехия, Словакия, Греция, Англия, Германия, Норвегия, Польша) доля пораженных лесов составляет более половины общей площа­ди массивов. Однако в ряде случаев кислотные дожди могут быть полезными. Если кислотные дожди выпадают в районах распространения карбонатных, а особенно щелочных почв, то они снижают щелочность, увеличивая подвижность эле­ментов питания, их доступность для растений.