Загрязняющие вещества

Антропогенное загрязнение окружающей среды возникает в результате хозяйственной деятельности человека — за счет выбросов (сбросов) газообразных, жидких и твердых отходов промышленного производства, коммунального хозяйства, транспорта, в результате сельскохозяйственной деятельности и т. д. Часть загрязнений исходит от рекреационных систем. При этом спектр загрязняющих веществ весьма широк — газы, тяжелые металлы, различные органические вещества, искусственно созданные радиоактивные элементы и др.
Укажем некоторые из них с приведением негативных последствий для человеческого организма.
Двуокись серы. (SO2) попадает в воздух в основном от электростанций, содержится также в выхлопных газах автомобилей с дизельными двигателями. У человека вызывает заболевания верхних дыхательных путей, причиняет огромный вред биоценозам. Оказывает разрушительное действие даже на архитектурные памятники и скульптуры из природного камня и бетона. Двуокись азота (NO2) оказывается в атмосфере с выхлопными газами автотранспорта, а также от промышленных предприятий, у человека вызывает предрасположенность к заболеваниям верхних дыхательный путей. Окись углерода (СО) возникает при неполном сгорании горючего в двигателях автомобилей, работающих на холостом ходу, влияет на механизм транспортировки кислорода в теле человека.
Чрезвычайно ядовиты многочисленные углеводороды. В несгоревшем виде они выбрасываются в атмосферу промышленными предприятиями и выхлопными трубами автомобилей. Одним из таковых является бензол — ингредиент бензина, который улетучивается из бензобаков и резервуаров бензоколонок, но содержится и в выхлопных газах, канцерогенен. К углеводородам относятся также пирены, образующиеся при сжигании бензина. Существуют сотни разновидностей пиренов, самая известная из которых — бензпирен, он еще более канцерогенен, чем бензол.
Достаточно едким и ядовитым для человека и растений является и озон, образующийся всюду, где много углеводородов и окисей азота. Складывается парадоксальная ситуация — концентрация озона в нижних воздушных слоях, где он весьма вреден, все больше увеличивается, тогда как в стратосфере, где он фильтрует жесткие ультрафиолетовые лучи, его становится все меньше.
Крайне неблагоприятное влияние на здоровье человека оказывают тяжелые металлы (притупляющие память и влияющие на умственную деятельность в целом) — кадмий, ртуть, асбестовая пыль и т. п. К особым классам загрязняющих веществ относятся моющие средства (детергенты), ядохимикаты, использующиеся в сельском хозяйстве и т. п.

Виды загрязнений

Как отмечалось выше, одной из разновидностей классификации загрязнений является классификация по характеру источников загрязнения.
Химическое загрязнение природной среды — это изменение ее естественно химических веществ, а также проникновение в природную среду (в ее отдельные сферы) химических веществ, отсутствовавших ранее. Из многих известных сегодня химических веществ «на вредность» изучены совсем немногие. Их возможная токсичность (ядовитость), канцерогенность (способность вызывать рак), мутагенность (способность влиять на наследственность) и тератогенность (способность вызывать рождение уродов) остаются малоисследованными.
Одно из хорошо известных проявлений химического загрязнения связано с кислотными дождями. Осадки с растворенной двуокисью серы (SO2) попадают из сильно индустриализиро
ванных районов: Рура,  Мидленда, Пенсильвании, Донбасса, Урала и т. д. К числу химических загрязнителей относятся также моющие средства, газыпропелленты, гербициды и пестициды (многие из последних влияют на организм человека опосредованно: через потребление животной и растительной пищи).
Физическое загрязнение окружающей среды связано с изменением ее физических параметров. Обычно выделяют тепловое (термальное) загрязнение, связанное с повышением температуры среды в связи с промышленными выбросами газов, прогретых вод, нагретого воздуха (может возникнуть и как вторичный результат изменения химического состава среды — «тепличный эффект»); шумовое загрязнение, т. е. превышение естественного уровня шума транспортом, промышленными механизмами, бытовыми приборами и т. д. (при достижении уровня 90—100 Дб у человека постепенно понижается слух); световое загрязнение, связанное с нарушением естественной освещенности, что нередко приводит к тем или иным аномалиям в жизни человека, животных и растений; электромагнитное загрязнение, т. е. возникновение неестественного магнитного поля и т. д.
Кроме хорошо известных биологического и механического загрязнения природной среды, выделяют также менее изученное радиационное загрязнение. Оно значительно отличается от других загрязнений. Радиоактивные нуклиды — это ядра, характеризующиеся испусканием заряженных а, Р, у частиц. Эти частицы, попадая в организм человека, разрушают его клетки, вызывая соматические явления (в том числе лучевую болезнь) и генетические изменения (повреждения клеток, принимающих участие в процессе размножения).
При этом никакие внешние воздействия — ни химическое, ни температура, ни давление не могут изменить главного — периода полураспада, лежащего в очень широких пределах от долей секунд до миллиардов лет.
Для количественной характеристики воздействия излучения на человека используют единицы: биологический эквивалент рентгена — бэр или зиверт (100 бэр). В результате внутреннего и внешнего облучения человек в течение года в среднем получает дозу 0,1 бэр, следовательно, за всю свою жизнь около 7 бэр. Однако есть местности, где ежегодная доза выше средней. Например, люди, живущие в высокогорных районах, получают дозу, в несколько раз большую за счет космического облучения (мы абстрагируемся от районов радиационных катастроф).
В результате интенсивно происходящего техногенеза доза облучения, получаемая человеком, в последние десятилетия заметно возросла. Причин тому несколько: Во-первых, сказались последствия ядерных испытаний, особенно в атмосфере; во-вторых, определенную лепту вносят атомные электростанции и особенно производство радиоактивного топлива для них; в-третьих, человек стал широко использовать некоторые стройматериалы, радиоактивность которых подчас очень велика (гравий, граниты, глинозем и др.); в-четвертых, дозовая нагрузка растет за счет широко используемых рентгенодиагностических приборов.

Техногенез: глобальные и региональные проявления

В словаре-справочнике Н. Ф. Реймерса «Природопользование» техногенез трактуется как процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека. Он заключается в преобразовании биосферы под влиянием совокупности геохимических процессов, связанных с технической и технологической деятельностью людей по извлечению из окружающей среды, концентрации и перегруппировке целого ряда химических элементов, их минеральных и органических соединений.
Наряду с понятием техногенеза в литературе широко используется иное понятие — «антропогенез». По этому вопросу сложилось, по крайней мере, три точки зрения. В соответствии с первой, эти понятия — синонимы, так как все процессы воздействия общества на природную среду имеют своей первопричиной жизнедеятельность человека. Согласно второй — критерием разграничения данных терминов может служить факт использования (или неиспользования) техники. (Так, в вышеупомянутом словаре-справочнике Н. Ф. Реймерса под антропогенезом подразумевается «изменение и саморазвитие природных объектов и явлений под воздействием человеческой деятельности», т. е. опущен термин «производственной».) Наконец, суть третьей точки зрения состоит в том, что антропогенез — это лишь начальный этап воздействия общества на природную среду, который по мере развития производительных сил постепенно сменился техногенезом. Можно утверждать, что такая позиция наиболее правомерна (ведь, когда сегодня речь идет о прямой антропогенной нагрузке на природные комплексы, будь то охота, рыболовство, сбор ягод и грибов, уровень этой нагрузки на конкретную территорию непосредственно зависит от уровня развития систем транспорта и технологии охоты, рыболовства и т. д.). Отсюда вывод: вся совокупность современных процессов воздействия общества на природу может быть охарактеризована как техногенез .
Исходя из генетических особенностей, масштабов и форм проявления техногенных нарушений в природной среде, различают два вида техногенного воздействия на природную среду: прямое и косвенное. Первое из них осуществляется хозяйственными объектами при непосредственном их контакте с природной средой в процессе природопользования. Прямое воздействие обычно осуществляется параллельно функционированию таких объектов, а в территориальном плане его зона практически совпадает с зоной действия соответствующих хозяйственных систем.
Что же касается косвенного техногенного воздействия, то оно проявляется опосредованно, в результате цепной реакции, вызванной прямым воздействием на природную среду. Любые местные нарушения в геосистемах по различным каналам (через гравитационный перенос материала, сток, циркуляцию воздушных масс и т. п.) распространяются на соседние территории. Кумулятивный эффект такой передачи приобретает в конечном счете региональное и даже планетарное значение.

Глобальные следствия техногенеза

Неконтролируемый рост населения и хозяйства давно имеет уже не только региональные последствия, но привел и к глобальным изменениям. Сбывается предсказание В. И. Вернадского о превращении человечества в силу, по масштабам сравнимую с геологическими силами, хотя ноосфера (слой разума) способна пока лишь примерно оценить значимость и опасность этих процессов, и тем более не в состоянии точно прогнозировать их течение и последствия.
Бесспорно, сильнейшее воздействие на глобальную экосреду оказывает такая отрасль материального производства, как энергетика, особенно учитывая динамичность ее развития. Глобальное энергопотребление, по оценкам Всемирного совета по энергетике, может увеличится к 2020 г. на 50—75% даже при повышении эффективности использования топлива и энергии. Кстати, возможности для этого есть: страны «большой семерки» после начала энергетического кризиса сумели реализовать ряд мер по экономии энергии и уже с середины 70х годов рост ВНП в этих странах сильно опережал потребление первичных источников энергии, еще больше снизились выбросы СОг, NO2, SO2 и др. В развивающихся странах потребление первичных источников энергии стремительно росло.
Значительно уменьшить выбросы углекислого и других парниковых газов можно, как известно, либо за счет энергосбережения, либо в результате использования альтернативных, экологически чистых источников энергии, либо за счет развития атомной энергетики. Если исходить из реальных возможностей, то сегодня первый путь может быть приемлем
в основном для стран Восточной Европы и СНГ, поскольку западные страны и Япония практически исчерпали свои потенции, а развивающиеся страны пока заботятся лишь о количественном росте национальной энергетики. Второй путь также вряд ли способен в ближайшие десятилетия радикально оздоровить окружающую среду. По имеющимся данным, вклад возобновимых источников энергии (исключая гидроэнергетику) к 2000 г. составит не более 3%, а это значит, что и в первые десятилетия будущего века на ископаемое топливо будет приходиться около 90% всего энергопотребления.
Таким образом, в ближайшем обозримом будущем шансы альтернативной электроэнергетики не так велики, как это утверждается во многих популярных футурологических работах. Вот как, например, они оцениваются в России. Ясно, что экономия 9 млн т условного топлива — ничтожные результаты, практически «неуловимое» изменение в давлении на окружающую среду.

Объемы замещения органического топлива в России по видам нетрадиционных возобновляемых источников энергии, млн т условного топлива

Эпидемия СПИДа, рост числа онкологических заболеваний и т.д.
Распространение наркомании, токсикомании, алкоголизма и т.д.

Ресурсы 1993 1994 1995 2000 2005 2010
Малая
гидроэнергетика 0,7 0,8 1,2 1,6 2,0 3,0
Геотермальная энергия 0,3 0,4 0,7 1,0 2,0 5,0
Энергия биомассы 0,3 1,0 1,4 1,7 2,4 4,8
Энергия ветра 0,01 0,08 0,3 1,0 1,5 3,0
Солнечная энергия 0,0015 0,0015 0,15 2,9 6,2 7,5
Низкопотенциальное тепло 0,055 0,073 0,2 0,9 2,5 4,9
Итого 1,37 2,35 3,95 9,0 16,6 28,2

Перечень основных изменений глобальной экологической среды в конце XX в.
Однако наиболее реален третий путь — повышение удельного веса атомной энергетики.

Если посмотреть на данные таблицы 20, получается, что в экологическом плане атомная энергия самая чистая. После катастрофы в Чернобыле такой подход был бы несколько легковесным. Даже частичная ликвидация ее последствий только в Белоруссии обойдется, по экспертным оценкам, в 16 годовых бюджетов республики. Возникают проблемы обеспечения ядерной и радиационной безопасности, нейтрализации радиоактивных отходов, конверсии в области ядерного оружия.
Рассмотрим несколько подробнее такое проявление глобального техногенеза, как массовое сведение лесов на планете. Их исчезновение и деградация связываются со следующими факторами:
1) проводимыми в больших масштабах заготовками промышленной древесины, которые редко сопровождаются соответствующими работами по лесовосстановлению;
2) расширением масштабов и площадей заготовок древесного топлива, особенно в развивающихся странах;
3) усилением демографического пресса, «экспансией» городских и сельских поселений;
4) вытеснением на обширных площадях естественных лесов монокультурными искусственными насаждениями — плантациями каучуконосов, масличной пальмы и т. п.;
5) сохранением в слаборазвитых странах (прежде всего в государствах Тропической Африки) переложного земледелия, в том числе подсечно-огневого типа;
6) превращением больших лесных массивов в пастбищные угодья для крупного товарного животноводства (особенно в Южной Америке);
7) перевыпасом скота в тропических сухих лесах, ксерофильных редколесьях и колючекустарниковых формациях;
8) усилением воздействия факторов индустриального происхождения;
9) усилением рекреационного использования лесов, а также расширением масштабов охоты.
Совершенно очевидно, что перечисленные факторы влияют дифференцированно в зависимости от типа страны и территорий. Одни из них присущи фактически лишь развивающимся странам (перевыпас скота, практика подсечноогневого земледелия и т. д.), в то время как в индустриально развитых странах главным фактором деградации лесов является безусловно индустриальный фактор (заготовка деловой древесины, кислотные дожди и др.).
Весьма специфическую роль в современном мире играют тропические лесные формации. Известно, что лесной покров Земли — один из важнейших аккумуляторов живого вещества, удерживающий в биосфере ряд химических элементов и воду; он активно взаимодействует с почвами, гидросферой и атмосферой, определяет кислородный и углеродный баланс. Все эти функции наиболее ярко ассоциируются с тропическими лесами. Это одна из наиболее сложных экологических систем на планете, где климат, почвы, растительность и животный мир являются компонентами единого, исключительно сложного, природного комплекса. Многие ученые утверждают, что тропический лес невозобновим и невосполним (и погибает как единый организм, как «огромное великолепное животное»).
Влажные тропические леса являются богатейшим в мире биомом, содержащим примерно половину всех видов земной фауны и флоры — огромный запас генетических ресурсов (число видов только древесных пород здесь насчитывается около 5 тысяч, тогда как в лесах Западной Европы — лишь около 250 видов). Именно лесные формации тропиков признаны центром эволюционной активности на Земле и с их исчезновением может исчезнуть огромная сфера потенциальных человеческих познаний. Между тем последние космические съемки показали, что пояса влажных тропических, лесов на земном шаре практически больше нет! Он распался на отдельные массивы, главные из которых находятся в бассейнах рек Амазонки и Конго.

Можно специально говорить о геоэкологических, социоэкологических и экономических функциях тропических лесов. Первые из них заключаются прежде всего в поглощении, накоплении и высвобождении СОг, Ог и других химических эле

Общее производство радиоактивного топлива для комментов; поглощении аэрозолей и шума; поглощении, накоплении и высвобождении воды; поглощении и преобразовании радиационной и тепловой энергии; регулировании климата и т. д. Оценка социоэкологических функций является неоднозначной в связи с климатическим дискомфортом влажных тропических лесов, что не всегда способствует «обживанию» данной среды. Наконец, экономические функции связаны с исключительно высоким качеством тропической древесины с красивой текстурой, широкой цветовой гаммой, сравнительной легкостью обработки.
Итак, массовое сведение тропических лесов — один из наиболее красноречивых показателей при характеристике техногенеза. Другим обобщенным показателем может служить удельное производство энергии (о чем говорилось выше). По самым грубым оценкам, за время развития человечества, начиная с нового каменного века, оно выросло не менее, чем в 5000 раз. (При этом предполагается, что потребности человечества в энергии в 2000 г. в 3 раза превысят уровень 1970 г.) Менее впечатляющую, но более объективную картину динамики одного из аспектов техногенеза дает характеристика изменений в мировом землепользовании. Практически во всех странах мира увеличиваются площади застроенных земель, расширяются техногенные территории.
С точки зрения выбросов в атмосферу наибольший интерес для характеристики техногенеза представляют химические соединения углерода (в первую очередь оксида углерода — угарного газа и диоксида углерода). Поскольку эти соединения образуются в основном в результате сжигания топлива, то объем их выбросов теснейшим образом коррелируется с уровнем индустриального развития стран. Среди других показателей отметим сокращение биологического разнообразия.

Понятие о состоянии природной среды и ее загрязнении

О состоянии природной среды можно судить с точки зрения естественной эволюции природы и с позиции ее нарушенное™ человеком. Мы поговорим об антропогенном влиянии на природную среду.
В научной литературе различают следующие состояния природной среды:

1) естественное, т. е. не измененное непосредственной хозяйственной деятельностью человека (местная природа испытывает лишь очень слабое косвенное воздействие от антропогенной деятельности);
2) равновесное — скорость восстановительных процессов выше или равна темпам антропогенных нарушений;
3) кризисное — скорость антропогенных нарушений превышает темп самовосстановления природных систем, но еще не происходит коренного их изменения;
4) критическое — происходит пока обратимая замена прежде существовавших экологических систем на менее продуктивные;
5) катастрофическое — имеет место уже труднообратимый процесс закрепления малопродуктивных экологических систем;
6) состояние коллапса — необратимая утеря биологической продуктивности экологических систем.

Безусловно, лучшей формой состояния природной среды является естественная. В этом случае природная среда, точнее, объекты окружающей среды обладают относительным постоянством некоторого среднего содержания составляющих их веществ и соединений. Суточные, сезонные и многолетние колебания концентраций компонентов не выходят за пределы, при которых нарушается нормальное функционирование объектов окружающей среды. Крупные изменения параметров природной среды носят эволюционный характер. Знамением последней четверти XX в. является наступление кризисного этапа состояния природной среды планеты, а в отдельных регионах — критического и катастрофического, что так или иначе связано с большой энерго и технической вооруженностью человека. Известно, что основным фактором, оказывающим негативное воздействие на состояние природной среды, является фактор ее загрязнения. Обычно термином загрязненность характеризуют появление в составе природной среды новых компонентов, вызванное либо деятельностью человека, либо какими-то природными явлениями. Дадим следующее определение загрязнению природы: это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, биологических, механических или информационных агентов или превышение в рассматриваемое время среднемноголетнего уровня (в пределах его крайних колебаний ) концентрации перечисленных агентов, нередко приводящее к негативным экологическим последствиям. Можно дать и менее научное, «житейское» определение загрязнению окружающей среды: это все то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия и отличается от обычно наблюдаемой нормы. Загрязнения окружающей среды можно классифицировать поразному: 1) в зависимости от характера источников загрязнения (физическое, химическое, биологическое, механическое и др.); 2) в связи с ролью человека (загрязнение антропогенное и загрязнение естественное, возникающее в результате природных стихийных процессов, например вследствие извержения вулкана); 3) в зависимости от рода экосистем и природных сфер (загрязнение гидросферы, атмосферы, педосферы и т. д.); 4) в связи с местоположением территориальной системы (загрязнение локальное, региональное, глобальное и т. д.);5) в зависимости от хронологии загрязнений выделяют загрязнение первичное, т. е. поступление в среду загрязнителей, непосредственно образующихся в ходе природных и антропогенных процессов, и загрязнение вторичное, т. е. синтез опасных загрязнителей в ходе физико-химических процессов (так, нередко из нетоксичных составляющих образуется сильно ядовитый газ фосген или в общем безопасные фреоны в статосфере вступают в фотохимические реакции, давая ион хлора — разрушителя озонового экрана Земли, и т. д.). Естественно, что приведенная классификация может быть гораздо более дробной. Так, только физическое загрязнение может быть тепловым, световым, шумовым, электромагнитным и т. д.

Экспоненциальный рост техногенной нагрузки на среду

С начала промышленной революции, т. е. уже несколько сотен лет, рост техногенной нагрузки доминирует в развитии социально-экономической системы Земли. Так, рост населения мира идет со скоростью более 1,6% в год, что означает удвоение населения за 40 лет. Но еще быстрее растет промышленное производство (за 1970—1990 гг. 3,3% в год, т. е. вдвое быстрее роста населения). За эти же годы потребление угля возросло в 2,5 раза, мощность тепловых электростанций — в 2,5 раза, АЭС — в 23 раза. Потребление минеральных удобрений увеличилось в 3 раза и в начале 90х годов их выносилось на поля в 15 раз больше, чем в первые послевоенные годы. Еще интенсивнее развивались другие отрасли химического комплекса — производство химических волокон возросло в 10 раз, пластмасс — в 60 раз.

Наиболее быстрыми темпами развивались отрасли, особенно влияющие на экологическое состояние планеты: нефтепереработка и нефтехимия, энергетика, транспортное машиностроение («бум автомобилестроения»), отрасли военно-промышленного комплекса. Возникшая в эти годы атомная индустрия вызвала сложнейшую проблему захоронения радиоактивных отходов. Такая, казалось бы, более «надежная» в экологическом отношении отрасль, как сельское хозяйство, вследствие широкого внедрения методов «зеленой революции» в ряде развивающихся стран значительно усилила давление на ранее «экологически чистые» регионы мира.
Правомерно говорить об интенсивном развитии техносферы в целом, т. е. системы структур, созданных человечеством и «вписанных» им в биосферу — деревень и городов, индустриальных комплексов и сетей коммуникаций, пашен и аграрных структур. Конечно, сельское хозяйство находится как бы между техносферой и биосферой, человечество скорее организует эту область, чем господствует над ней.
Страны очень сильной "минной опасности"
Растет давление техносферы на биосферу, все меньше остается естественных ландшафтов, все больше расширяют границы измененные или полностью преображенные ландшафты. Этот процесс охватил уже практически всю планету и нарастает небывалыми в истории темпами. Для него характерен экспоненциальный рост. (Экспонента — кривая) «Военный техногенез» — это не только прямое воздействие военно-промышленного комплекса на окружающую среду, но и страшные «следы войн» на территории многих стран, переживших или переживающих военные конфликты и несущие опасность людям.
Процесс с возрастающим ускорением, имеющая J образный вид. Математически экспоненциальная функция есть у = Ах, х — независимая переменная.) При этом время удвоения, как известно, зависит от величины прироста в год . В качестве иллюстрации экспоненциального роста населения мира приведем данные известного западного футуролога Д. Медоуза.