Глобальные изменения в биосфере, вызванные деятельностью человека. Охрана окружающей среды

Интенсивный научно-технический прогресс и технологический рывок, совершённый человечеством за последние два века его развития, привел к освоению всех оболочек планеты и ближайшего околоземного пространства. Однако в гонке за достижениями и открытиями здравое, научно обоснованное рассуждение о последствиях такой спешки оказалось, увы, не на первом месте.

Опасность номер один для биосферы – загрязнение атмосферы, гидросферы и почв техногенного и агрогенного характера. Загрязнение – это не только привнесение в среду нехарактерных для нее веществ и компонентов, но и превышение нормального уровня естественных для нее факторов. Загрязнение могут вызывать и радионуклиды (радиоактивные атомы), рассеявшиеся после аварии на атомной станции, и обычные удобрения, смываемые с полей в близлежащие водоемы. Некоторые составляющие проблемы загрязнения таковы:

• изменение газового состава и свойств атмосферы (проблемы СО₂ и О₃);
• рассеивание продуктов сгорания топлива и его последствия – смог, кислотные дожди;
• отравление воды, воздуха и почвы токсическими веществами;
• рассеивание чуждых элементов и ксенобиотиков;
• радиоактивное заражение воздуха, воды и почвы;
• загрязнение природных сред болезнетворными микроорганизмами из отходов;
• загрязнение водоемов из-за избыточного поступления биогенов, заморы из-за избытка органики, заиливание смытыми наносами (эвтрофизация);
• загрязнение поверхности Мирового океана нефтепродуктами, что приводит к гибели организмов и к уменьшению растворения СО₂ в морской воде, препятствуя его изъятию из круговорота и захоронению;
• физическое (тепловое, шумовое, электромагнитное) загрязнение среды.

Прямым последствием загрязнения атмосферы является выпадение кислотных дождей. Их образование происходит при растворении кислотных оксидов серы, азота и фосфора в воде атмосферы. Доминирующими типами кислотных дождей является сульфатный и нитратный. Негативные эффекты кислотных дождей таковы:

• Повреждение листьев растений, что приводит к уничтожению лесов (особенно чувствительны кедр, бук и тис) и снижению урожайности сельскохозяйственных культур: попадая на листья и хвою деревьев, кислотные осадки нарушают защитный покров, делая растения уязвимыми для патогенных организмов; уничтожение горных лесов приводит к оползням и селям.
• Вымывание Ca²⁺, K⁺ и Mg²⁺, что усиливает деградацию почв. При снижении рН почв ниже 5,0 начинается уменьшение их плодородия, а при рН = 3,0 почвы становятся практически бесплодными.
• В подкисленной воде легче растворяются алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв, что приводит к усилению их воздействия на экосистемы;
• Отравление озер, исчезновение рыбы, членистоногих, водоплавающих птиц. При подкислении воды в пресноводных водоемах яйцеклетки, сперма и молодь водных обитателей погибают. При рН < 6,0 гибнут раки, улитки, моллюски; прирН < 5,8 гибнут лосось, форель, плотва, а также некоторые представители насекомых, фито- и зоопланктона, при рН < 5,7гибнут сиг и хариус; при рН < 5,2 гибнут окунь и щука; а при рН < 4,5 гибнут угорь и голец. Ущерб не ограничивается постепенной (на первом этапе взрослые особи живы, но не молоди) гибелью водных организмов. Многие пищевые цепи, охватывающие почти всех диких животных, начинаются в водоёмах.
• Ускоренно разрушаются памятники архитектуры, особенно из известняка и мрамора, сокращается срок службы техники.
• Увеличивается число заболеваний людей, прежде всего за счёт поражения дыхательных путей и глаз.

На высоте от 12–25 до 45 км, в стратосфере, располагается слой с повышенным содержанием озона О₃ (с концентрацией около 0,001 %), который защищает наземные организмы от губительного жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. «Утончение» слоя озона даже на 1 % может увеличить интенсивность эффективного излучения, приводящего к заболеваниям раком кожи людей; уменьшение на 1,5–2,5 % может вызвать рост числа таких заболеваний на 10–20 %.

Зоны озонового слоя, в которых его концентрация понижена на 10–50 %, называют озоновыми дырами. Установлено, что выбросы сверхзвуковых самолетов могут привести к разрушению 10 % озонового слоя атмосферы, один запуск космического корабля типа «Шаттл» приводит к «гашению» около 10 000 000 т озона, также велика роль в уменьшении стратосферного озона фреонов (хлорфторуглеродов). На данный момент ведутся разработки по ликвидации озоновых дыр при помощи электромагнитных импульсов, лазеров и химической регенерации.

Рис. 1. Парниковый эффект

Парниковый эффект обусловлен увеличением содержания в атмосфере парниковых газов, таких как Н₂О – пары воды; СО₂ – диоксид углерода; СН₄ – метан; NO – оксид азота(II); NO₂ – оксид азота(IV).

Увеличение температуры и влажности в замкнутом пространстве парника (теплицы) связано с тем, что прозрачное покрытие (стекло, полиэтилен и др.) пропускает солнечные лучи, но оно не проницаемо для длинноволновых тепловых излучений и водяного пара. Аналогичным «изолятором» являются и «парниковые» антропогенные газы, что обусловливает постепенное потепление климата на Земле. Солнечные лучи, падающие на Землю трансформируются: 30 % их отражается в космическое пространство, остальные 70 % поглощаются поверхностью суши и океанов. Поглощённая энергия солнечного излучения, в основном, преобразуется в теплоту, направленную обратно в космос в виде инфракрасных лучей. Но атмосфера, содержащая пары воды, диоксид углерода и другие газы, не пропускает инфракрасные лучи, благодаря чему воздух нагревается. Парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия в парнике. В природной среде содержание СО₂, основного «парникового» газа, регулируется биоценозами так, что его поступление равно удалению. В настоящее время люди нарушают это равновесие. В результате сгорания топлива, прежде всего ископаемого, в атмосферу поступают дополнительные порции СО₂, ежегодно более9∙10⁹. Именно этот процесс рассматривают как тенденцию, которая может привести к глобальному потеплению климата. Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере привело к тому, что по сравнению с доиндустриальным периодом (концом XIX века) средняя глобальная температура повысилась на 0,6 °С, а к 2020 г. – может повыситься ещё на 2,2–2,5 °С, при этом на полюсах температура возрастёт более, чем на 10 °С.

Парниковый эффект имеет как отрицательные, так и положительные последствия. Отрицательные последствия – это повышение уровня Мирового океана. Сейчас оно составляет примерно 25 см за столетие. При дальнейшем повышении температуры к концу XXI века уровень океана может повыситься до 0,5–2 м. Это приведёт к возникновению многих сложных экологических проблем в прибрежной зоне океана, например, произойдёт затопление приморских равнин. К отрицательным последствиям регионального масштаба можно отнести деградацию ледников и «вечной» мерзлоты, что создаст ряд социально-экономических проблем. Существуют гипотезы, что повышение температуры может привести к изменению направления морских течений, выбросу значительных количеств метана, содержащегося в придонной морской воде в виде метангидратов, что повлечёт дальнейшее усиление парникового эффекта, т. к. метан является очень сильным парниковым газом. К положительным последствия парникового эффекта можно отнести активизацию процессов фотосинтеза и, следовательно, увеличение продуктивности естественных лесных формаций. Несмотря на положительные последствия, парниковый эффект представляет сложную экологическую проблему, так как повышение уровня океана может отрицательно сказаться на жизни населения более 30 стран мира. В целях рационализации природопользования и сдерживания климатических изменений, в г. Киото (Япония, 1997 г.) достигнуто международное соглашение («Киотский протокол») о введении квот на выбросы СО₂ при осуществлении хозяйственной деятельности.

Наряду с загрязнением как геологическим фактором большого размаха достигло разрушение естественных биомов и уничтожение отдельных видов. Главный ущерб разнообразию связан с освоением новых площадей для сельскохозяйственного производства, развитием промышленности и загрязнением среды площади многих природных экосистем. Значительно ускорился процесс вымирания, например, животных, в связи с уничтожением тропических лесов. За последние 200 лет их площадь сократилась почти вдвое и продолжает сокращаться со скоростью 15–20 гектаров в минуту. Практически полностью исчезли степи в Евразии и прерии в США. Сообщества тундры также интенсивно разрушаются. Во многих районах находятся под угрозой коралловые рифы и другие морские сообщества.

Здоровая окружающая среда составляет огромную экономическую, эстетическую и этическую ценность. Поддержание здоровья окружающей среды означает сохранение в хорошем состоянии всех её составляющих: экосистем, сообществ, видов и генетического разнообразия. Деятельность специальных служб по охране природы, даже создание сети природоохранных территорий является сегодня недостаточной. Нынешнее общественное сознание основано на предшествовавшем опыте человечества; однако те формы поведения, которые обеспечивали успех малых изолированных групп (групповой эгоизм, ксенофобия, противостояние враждебной окружающей среде), становятся неадекватными для глобального человечества. Уже не отдельные народы эксплуатируют свои территории, а человечество в целом использует биосферу, ресурсы которой близки к исчерпанию. Видимо, условием выживания человечества является комплексная перестройка общественного сознания, связанная с изменением отношений со средой обитания, – экоконверсия.