Рассмотрим некоторые черты
современного состояния биосферы и происходящие
в ней процессы. Глобальные процессы образования
и движения живого вещества в биосфере
связаны и сопровождаются круговоротом
огромных масс вещества и энергии. В отличие
от чисто геологических процессов биогеохимические
циклы с участием живого вещества имеют
более высокую интенсивность, скорость
и количество вовлеченного в оборот вещества.
С появлением и развитием человечества
процесс эволюции заметно видоизменился.
На ранних стадиях цивилизации вырубка
и выжигание лесов для земледелия, выпас
скота, промысел и охота на диких животных,
войны опустошали целые регионы, приводили
к разрушению растительных сообществ,
истреблению отдельных видов животных.
По мере развития цивилизации, особенно
бурного после промышленной революции
конца средних веков, человечество овладевало
все большей мощью, все большей способностью
вовлекать и использовать для удовлетворения
своих растущих потребностей огромные
массы вещества - как органического, живого,
минерального, так и косного.
Рост населения, расширяющееся
развитие сельского хозяйства, промышленности,
строительства, транспорта вызвали массовое
уничтожение лесов в Европе, Северной
Америке; Выпас скота в больших масштабах
приводил к гибели лесов и травяного покрова,
к эрозии (разрушению) почвенного слоя
(Средняя Азия, Северная Африка, юг Европы
и США). Истреблены десятки видов животных
в Европе, Америке, Африке.
Строительство и эксплуатация
промышленных предприятий, добыча полезных
ископаемых привели к серьезным нарушениям
природных ландшафтов, загрязнению почвы,
воды, воздуха различными отходами.
Настоящие сдвиги в биосферных
процессах начались в XX веке в результате
очередной промышленной революции. Прогрессивное
развитие энергетики, машиностроения,
химии, транспорта привело к тому, что
человеческая деятельность стала сравнима
по масштабам с естественными энергетическими
и материальными процессами, происходящими
в биосфере. Интенсивность потребления
человечеством энергии и материальных
ресурсов растет пропорционально численности
населения и даже опережает его прирост.
Предупреждая о возможных последствиях
расширяющегося вторжения человека в
природу, еще полвека назад академик В.
И. Вернадский писал: «Человек становится
геологической силой, способной изменить
лик Земли». Это предупреждение пророчески
оправдалось. Последствия антропогенной
(производимой человеком) деятельности
проявляются в истощении природных ресурсов,
загрязнении биосферы отходами производства,
разрушении природных экосистем, изменении
структуры поверхности Земли, изменении
климата. Антропогенные воздействия приводят
к нарушению практически всех природных
биогеохимических циклов.
В результате сжигания различного
топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается
около 20 млрд т. углекислого газа и поглощается
соответствующее количество кислорода.
Природный запас СО2 в атмосфере составляет
величину порядка 50 000 млрд т. Эта величина
колеблется и зависит, в частности, от
вулканической активности. Однако антропогенные
выбросы углекислого газа превышают естественные
и составляют в настоящее время большую
долю его общего количества. Увеличение
концентрации углекислого газа в атмосфере,
сопровождающееся ростом количества аэрозоля
(мелких частиц пыли, сажи, взвесей растворов
некоторых химических соединений), может
привести к заметным изменениям климата
и соответственно к нарушению складывавшихся
в течение миллионов лет равновесных связей
в биосфере.
Итогом нарушения атмосферы,
а следовательно, и теплового баланса
может явиться возникновение «парникового эффекта»,
то есть увеличения средней температуры
атмосферы на несколько градусов (приложение
7). Это способно вызвать таяние ледников
полярных областей, повышение уровня Мирового
океана, изменение его солености, температуры,
глобальные нарушения климата, затопление
прибрежных низменностей и многие другие
неблагоприятные последствия.
Выброс в атмосферу промышленных
газов, включающих такие соединения, как
окись углерода СО (угарный газ), окислы
азота, серы, аммиака и других загрязнителей,
приводит к угнетению жизнедеятельности
растений и животных, нарушениям обменных
процессов, к отравлению и гибели живых
организмов (приложение 8).
Загрязнение окружающей
(природной) среды. Появление в природной
среде новых компонентов, вызванное деятельностью
человека или какими-либо природными явлениями
(например, вулканической деятельностью),
характеризуют термином загрязненность -
это наличие в окружающей среде вредных
веществ, нарушающих функционирование
экологических систем или их отдельных
элементов и снижающих качество среды
с точки зрения проживания человека или
ведения им хозяйственной деятельности.
Этим термином характеризуются все тела,
вещества, явления, процессы, которые появляются
в окружающей среде и могут выводить ее
системы из состояния равновесия.
Экологически загрязняющие
агенты могут проявляться по-разному:
они могут затрагивать либо отдельные
организмы, проявляться на организменном
уровне, либо популяции, биоценозы (приложение
9), экосистемы и даже биосферу в целом.
На организменном уровне может
происходить нарушение отдельных физиологические
функций организмов, изменение их поведения,
снижение темпов роста и развития, снижение
устойчивости к воздействиям иных неблагоприятных
факторов внешней среды.
На уровне популяций загрязнение
может вызывать изменение их численности
и биомассы, рождаемости, смертности, изменения
структуры, годовых циклов миграций и
ряда других функциональных свойств.
На биоценотическом уровне
загрязнение сказывается на структуре
и функциях сообществ. Одни и те же загрязняющие
вещества по-разному влияют на разные
компоненты сообществ. Соответственно
меняются количественные соотношения
в биоценозе, вплоть до полного исчезновения
одних форм и появления других. Изменяется
пространственная структура сообществ,
цепи разложения (детритные) начинают
преобладать над пастбищными, отмирание
- над продукцией. В конечном счете происходит
деградация экосистем, ухудшение их как
элементов среды человека, снижение положительной
роли в формировании биосферы, обесценение
в хозяйственном отношении.
Загрязняющие вещества, возникшие
в результате хозяйственной деятельности
человека, и их влияние на среду очень
разнообразны. К ним относятся: соединения
углерода, серы, азота, тяжелые металлы,
различные органические вещества, искусственно
созданные материалы, радиоактивные элементы
и многое другое (приложение 10).
Так, по оценкам экспертов, в
океан ежегодно попадает около 10 млн т
нефти. Нефть на воде образует тонкую пленку,
препятствующую газообмену между водой
и воздухом. Оседая на дно, нефть попадает
в донные отложения, где нарушает естественные
процессы жизнедеятельности донных животных
и микроорганизмов. Кроме нефти, значительно
возрос выброс в океан бытовых и промышленных
сточных вод, содержащих, в частности,
такие опасные загрязнители, как свинец,
ртуть, мышьяк, обладающие сильным токсическим
действием. Фоновые концентрации
таких веществ во многих местах уже превышены
в десятки раз.
Каждый загрязнитель оказывает
определенное отрицательное воздействие
на природу, поэтому их поступление в окружающую
среду должно строго контролироваться.
Законодательство устанавливает для каждого
загрязняющего вещества предельно допустимый
сброс (ПДС) и предельно допустимую концентрацию
(ПД К) его в природной среде.
Предельно допустимый
сброс (ПДС) - это масса загрязняющего
вещества, выбрасываемого отдельными
источниками за единицу времени, превышение
которой приводит к неблагоприятным последствиям
в окружающей среде или опасно для здоровья
человека.
Предельно допустимая концентрация (ПДК)- понимается как количество
вредного вещества в окружающей среде,
которое не оказывает отрицательного
воздействия на здоровье человека или
его потомство при постоянном или временном
контакте с ним. В настоящее время при
определении ПДК учитывается не только
степень влияния загрязнителей на здоровье
человека, но и воздействие их на животных,
растения, грибы, микроорганизмы, а также
на природное сообщество в целом.
Специальные службы мониторинга (наблюдения)
окружающей среды осуществляют контроль
за соблюдением установленных нормативов
ПДС и ПДК вредных веществ. Такие службы
созданы во всех районах страны. Особенно
важна их роль в крупных городах, вблизи
химических производств, атомных электростанций
и других промышленных объектов. Службы
мониторинга имеют право применять предусмотренные
законом меры, вплоть до приостановки
производства и любых работ, если нарушаются нормы охраны
окружающей среды.
Кроме загрязнения среды, антропогенное
воздействие выражается в истощении природных
ресурсов биосферы. Огромные масштабы
использования природных ресурсов привели
к значительному изменению ландшафтов
в некоторых регионах (например, в угольных
бассейнах). Сейчас человечество использует
практически все химические элементы
таблицы Менделеева, нежели на заре цивилизации.
Ежегодно добывается (извлекается из геосферы)
около 100 млрд т руды, топлива, минеральных
удобрений.
Быстрый рост потребностей
в топливе, металлах, минеральном сырье
и их добыче привели к истощению этих ресурсов.
Так по оценкам специалистов, при сохранении
современных темпов добычи и потребления
разведанные запасы нефти будут исчерпаны
уже через 30 лет, газа - через 50 лет, угля
- через 200. Аналогичная ситуация сложилась
не только с энергетическими ресурсами,
но и с металлами (истощение запасов алюминия
ожидается через 5О0-6ОО лет, железа - 250
лет, цинка - 25 лет, свинца - 20 лет) и минеральными
ресурсами например, как асбест, слюда,
графит, сера.
2.2. Загрязнение
атмосферы
Загрязнение
атмосферы Земли — принесение в атмосферный воздух новых нехарактерных
для него физических, химических и биологических
веществ или изменение их естественной
концентрации.
По источникам виды загрязнения
делятся на два вида:
Природные (естественные загрязнители минерального, растительного или микробиологического происхождения, к которым относят извержения вулканов, лесные
и степные пожары, пыль, пыльцу растений,
выделения животных и др.)
Искусственные (антропогенные), которые в свою очередь делятся еще на:
- Транспортные - загрязнители,
образующиеся при работе автомобильного,
железнодорожного, воздушного, морского и речного транспорта;
- Производственные - загрязнители,
образующиеся как выбросы при технологических процессах, отоплении;
- Бытовые - загрязнители, обусловленные
сжиганием топлива в жилище
и переработкой бытовых отходов.
По составу антропогенные источники
загрязнения атмосферы также можно разделить
на несколько групп:
- Механические загрязнители — пыль цементных заводов, пыль
от сгорания угля в котельных, топках и печах, сажа от сгорания нефти и мазута и стирающиеся автопокрышки
и т. д.;
- Химические загрязнители — пылевидные или газообразные
вещества, способные вступать в химические
реакции;
- Радиоактивные загрязнители.
По характеру загрязнителя
загрязнение атмосферы бывает трёх видов
(приложение 11).
- Физическое- механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное (различные виды электромагнитных
волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы тёплого воздуха и т. п.)
- Химическое - загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. На сегодняшний день основные химические загрязнители атмосферного воздуха это: оксид углерода (IV), оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, пыль и радиоактивные изотопы.
- Биологическое- в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами
и спорами бактерий и грибов, вирусами, а также их токсинами и продуктами жизнедеятельности.
Основные загрязнители:
Окись углерода (СО) - бесцветный газ, не имеющий запаха,
известен также под названием «угарный
газ». Образуется в результате неполного
сгорания ископаемого топлива (угля, газа,
нефти) в условиях недостатка кислорода
и при низкой температуре. При вдыхании
угарного газа за счёт имеющейся в его
молекуле двойной связи образуются прочные
комплексные соединения с гемоглобином
крови человека, и тем самым блокируют
поступление кислорода в кровь.
Двуокись углерода (СО2) - или углекислый газ, - бесцветный
газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт
полного окисления углерода. Является
одним из парниковых газов.
Диоксид серы (SO2) (диоксид серы, сернистый ангидрид)
- бесцветный газ с резким запахом. Образуется
в процессе сгорания серосодержащих ископаемых
видов топлива, в основном угля, а также
при переработке сернистых руд. Он, в первую
очередь, участвует в формировании кислотных
дождей. Общемировой выброс SO2 оценивается в 190 млн тонн в год. Длительное
воздействие диоксида серы на человека
приводит вначале к потере вкусовых ощущений,
стесненному дыханию, а затем — к воспалению
или отеку лёгких, перебоям в сердечной
деятельности, нарушению кровообращения
и остановке дыхания.
Оксиды азота (оксид и диоксид азота) - газообразные
вещества: монооксид азота NO и диоксид
азота NO2 объединяются одной общей формулой NOх . При всех процессах горения образуются
окислы азота, причем большей частью в
виде оксида. Чем выше температура сгорания,
тем интенсивнее идет образование окислов
азота. Другим источником окислов азота
являются предприятия, производящие азотные
удобрения, азотную кислоту и нитраты,
анилиновые красители, нитросоединения.
Количество окислов азота, поступающих
в атмосферу, составляет 65 млн тонн в год.
От общего количества выбрасываемых в
атмосферу оксидов азота на транспорт
приходится 55 %, на энергетику - 28 %, на промышленные
предприятия - 14 %, на мелких потребителей
и бытовой сектор - 3 %.