Глобальные экологические проблемы. Глобальные экологические проблемы Причины экологической проблемы

Введение

Экология(от греч. óikos - жилище, местопребывание и ...логия ), биологическая наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, видов, биоценозов (сообществ), экосистем, биогеоценозов и биосферы. Часто э кологию определяют также как науку о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей средой. Современная э кология интенсивно изучает также проблемы взаимодействия человека и биосферы.

Наблюдаемый в обществе на протяжении последних десятиле­тий рост внимания к проблемам, традиционно составляющим предмет изучения экологической науки, вполне закономерен. Ус­пехи естествознания в раскрытии тайн мироустройства позволили раздвинуть границы привычных представлений о реальности, по­дойти к осознанию системной сложности и целостности мира, создали необходимую базу для уточнения и дальнейшего развития представления о месте человека в системе природы. В то же время обострение проблем перенаселения планеты, исчерпания природ­ных ресурсов, загрязнения среды обитания человека отходами про­мышленного и сельскохозяйственного производства, разрушения естественных ландшафтов, сокращения видового многообразия способствовало росту заинтересованности общественности в по­лучении сведений экологического характера. Развитие систем массовой коммуникации (печатные СМИ, радиовещание, телевидение, Internet) содействовало росту информированности населения о состоянии окружающей среды, влияниях, оказывае­мых на нее людьми, и их действительных и возможных последст­виях. Действие указанных обстоятельств в значительной степени обусловило повышение социального статуса экологии и специалистов по экологии .

1. Глобальные экологические проблемы и их причины

1.1 Ресурсный кризис. Земельные ресурсы: почва

Важней­шим свойством почвы является плодородие - способность обес­печивать рост и развитие растений. Почва - важнейший и незаменимый источник пи­щевых ресурсов, главное богатство, от которого зависит жизнь людей. Она является основным средством сельскохозяйственного производства и лесоводства. Почву также применяют как строи­тельный материал в различных земляных сооружениях.

Как отмечается в работе , современное состояние почвенного покрова определяется в первую очередь деятельностью человече­ского общества. Хотя природные силы при этом не перестают действовать на поч­ву, характер их влияния существенно меняется. Автор работы , отмечая существенность влияния человека на почву, указывает на то, что большинство со­временных обрабатываемых почв не имеет себе подобия в прош­лой истории планеты. В результате развития хозяйственной деятельности человека происходит деградация почвы, ее загрязнение и изменение хими­ческого состава.

Значительные потери земель связаны с сельскохозяйственной деятельностью. Многоразовые вспашки земель делают почву беззащитной перед природными силами (ветрами, весенними паводками), в результате чего проис­ходит ускоренная ветровая и водная эрозия почвы, ее засоление.

Широкое использование удобрений, ядов для борьбы с вреди­телями и сорняками приводит к накоплению в почве несвойствен­ных ей веществ.

Значительный ущерб природным экосистемам наносит процесс урбанизации. Осушение водно-болотных угодий, изменение гидрологического режима рек, загрязнение природных сред, возрас­тающие масштабы жилищного, промышленного строительства выводят из сельскохозяйственного оборота огромные площади плодородных земель.

Одним из последствий усиливающейся техногенной нагрузки является интенсивное загрязнение почвенного покрова. Основными загрязнителями почв высту­пают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и пестициды, применяемые в сельском хозяйстве. К наиболее опасным химическим загрязнителям почв относятся свинец, ртуть и их соединения.

Среди задач по охране природы важнейшей является борьба с эрозией почв. Среди общих мер, призванных предотвращать эро­зию, работа выделяет общую противоэрозийную защиту тер­ритории, предусматривающую правильные севообороты, посадку защитных лесонасаждений, гидротехнические сооружения и дру­гие противоэрозийные мероприятия.

1.2 Земельные ресурсы: минеральное сырье

Минеральное сырье играет огромную роль в народном хозяй­стве. Полезные ископаемые дают около 75% сырья для химической промышленности, на про­дукции недр работают почти все виды транспорта, разнообразные отрасли промышленного производства. При этом темпы использования запасов полезных ископаемых про­должают нарастать . Соответственно с ростом добы­чи общие запасы минерального сырья на Земле неизбежно умень­шаются. Это обстоятельство вызывает необходимость охраны недр, более разумного, комплексного использования минеральных богатств.

Охрана невозобновляющегося природного ресурса должна пойти по пути ра­ционального, экономного использования. Для этого необхо­димо свести до минимума потери сырья при его до­быче, обработке и транспортировке.

Большое значение в сохранении месторождений полезных ис­копаемых имеет использование вторичного сырья, в частности металлолома. Среди мер охраны минерального сырья следует упомянуть его замену синтетически­ми материалами. Позитивный эффект в охране минеральных ресурсов может быть достигнут путем повышения мощности машин и оборудова­ния при одновременном уменьшении их габаритов, металлоемко­сти, энергопотреблении и снижении стоимости на единицу конеч­ного полезного продукта. Уменьшение металлоемкости и энерге­тических затрат - это одновременно и борьба за охрану недр.

1 . 3 Энергетические ресурсы

Потребность в энергии - одна из основных жизненных потреб­ностей человека. Около десяти процентов потребной энергии человеку обеспе­чивают продукты питания, остальную - промышленная энергетика .

Ускорение темпов научно-технического прогресса и развитие материального производства сопряжены со значительным ростом затрат энергии. Поэтому развитие энергетики представляется од­ним из важнейших условий экономического роста современного общества.

Долгое время энергетической базой служило ископаемое топ­ливо, запасы которого неизменно сокращались. Поэтому в по­следнее время задача поиска новых источников энергии - одна из наиболее актуальных задач современности.

Теплоэнергетика. Основным источником энергии в России и странах бывшего СССР является тепловая энергия, получаемая от сгорания органического топлива - угля, нефти, газа, торфа, горю­чих сланцев.

Нефть, а также ее тяжелые фракции (мазут) широко использу­ются в качестве топлива. Однако перспективы применения данно­го вида топлива выглядят сомнительными по двум причинам. Во-первых, нефть ни при каких условиях не может быть отнесена к разряду «экологически чистых» источников энергии. Во-вторых, ее запасы (в том числе и неразведанные) ограничены.

Газ как топливо используется также очень широко. Запасы его хотя и велики, но тоже небезграничны. Сегодня известны способы извлечения из газа некоторых химических веществ, в том числе во­дорода, который в будущем может быть использован как универ­сальное «чистое» топливо, не дающее какого-либо загрязнения.

Уголь имеет не меньшее значение в тепловой энергетике, чем нефть и газ. Он используется так же как топливо в виде кокса, по­лучаемого в результате нагревания каменного угля без доступа воздуха до температуры 950-1050°С. В настоящее время у нас в стране разработан способ наиболее полного использования угля путем его ожижения.

Гидроэнергетика. Энергия гидроэлектростанций безвредна для окружающей среды. Однако само по себе строительство водохра­нилищ на равнинах чревато отрицательными последствиями, наиболее существенным из которых является затопление обшир­ных полезных (сельскохозяйственных и др.) земельных угодий.

Атомная и термоядерная энергия. Долгое время решение про­блемы энергетического кризиса связывали преимущественно с развитием атомной, а в перспективе - термоядерной энергетики, последняя из которых с современной точки зрения обладает прак­тически неисчерпаемыми топливными ресурсами. Принято было считать, что одним из важнейших преимуществ атомной энерге­тики является ее «экологическая чистота». Действительно, при бла­гоприятных условиях ядерные электростанции дают значительно меньше вредных выбросов, чем электростанции, работающие на органическом топливе.

Однако в последние десятилетия отношение к данному виду энергетики существенно изменилось. Негативная оценка роли атомной энергетики в жизни общества связана преж­де всего с опасениями в отношении последствий ава­рий на ядерных объектах, которые приводят к серьезным утечкам радиоактивных материалов и отходов производства. Позиции атомной энергетики были серьезно подорваны инцидентами на Чернобыльской атомной станции (1986 г.) и на АЭC в Японии (2011 г.), последствия которых привели к нагнетанию в обществе истерии и страха перед возможными в бу­дущем еще более серьезными катастрофами. Геотермальная энергетика. Запасы тепла в глубинах земных недр практически неистощимы, и использование его с позиций охраны окружающей среды весьма перспективно. Получаемая от горячих источников электроэнергия самая дешевая по сравнению с другими электростанциями. Однако коэффициент полезного действия геотермальных электростанций невысок из-за низкой температуры воды, поступающей из недр на поверхность. Эксплуатация геотермальных вод требует решения вопроса сброса и захоронения отработанных минерализованных вод, по­скольку они могут оказать вредное влияние на окружающую среду.

Деятельность современного человека существенно изменила природную среду на всей нашей планете.

Суть современного экологического кризиса составляет противоречие между почти безграничными возможностями человеческой деятельности, преобразующей природу, и ограниченными возможностями биосферы в ресурсном обеспечении этой деятельности.

Глобальный характер современного экологического кризиса отличает его от предшествующих кризисов. В этой связи традиционные методы выхода из кризиса посредством перемещения на новые территории практически неосуществимы. Реальным остается изменение способов производства, норм потребления и объемов использования природных ресурсов.

На протяжении последних двух-трех веков технические возможности человека изменять природную среду стремительно возрастали, достигнув своей высшей точки в эпоху научно-технического прогресса. Однако выяснилось, что рост могущества человека чаще всего приводил к увеличению отрицательных для природы и в конечном счете опасных для существования самого человека последствий его деятельности.

К числу наиболее острых для человечества и до сих пор нерешенных экологических проблем можно отнести следующие:

· демографический кризис (резкое увеличение населения Земли);

· урбанизация;

· уменьшение площади лесов;

· эрозия и снижение плодородия почв;

· дефицит пресной воды;

· негативные последствия производства энергии;

· загрязнение природной среды;

· разрушение озонового слоя стратосферы;

· антропогенное изменение климата;

· снижение биологического разнообразия (уменьшение численности видов организмов);

· снижение устойчивости природных экосистем к антропогенному воздействию;

· влияние негативных изменений в природной среде на здоровье населения.

Увеличение численности населения Земли. Для человеческой популяции характерен невиданный по масштабам «демографический взрыв», т. е. резкое увеличение темпов роста населения, продолжающееся с середины XX в. Оно особенно выражено в развивающихся странах Азии, Африки и Латинской Америки. Наиболее высокий прирост населения приходится на последние десятилетия. В конце 1990-х годов население Земли составило уже 6 млрд. человек, тогда как в 30-х годах XX в. население Земли составляло 2 млрд. человек. Считается, что плотность населения Земли приближается к критическому уровню. Однако, по мнению многих ученых, его численность со временем стабилизируется на уровне 10-12 млрд. человек.

Рост населения наряду с развитием промышленности - второй основной фактор негативного влияния на биосферу, поскольку возрастание численности человечества сопровождается увеличением потребностей в продукции сельского хозяйства и промышленного производства и объема вовлекаемых природных ресурсов. Указанные процессы приводят к росту загрязнения окружающей среды и негативному воздействию на биосферу.

Увеличение производства продуктов питания, создание новых рабочих мест, расширение промышленного производства сопровождаются расходованием невозобновляемых природных ресурсов, но главная причина противоречий между человеком и природой - быстрое нарастание совокупной антропогенной нагрузки на нее.

Специфика демографических процессов в разных странах связана с целым комплексом факторов, среди которых наибольшее значение имеют социально-экономические и экологические. Если в промышленно развитых странах воздействие на природу связано в основном с техногенным загрязнением то в развивающихся странах основное воздействие связано с прямым уничтожением природы в результате непомерно высоких нагрузок на экосистемы: сведение лесов, исчерпание доступных ресурсов и т. д.

Несмотря на то, что общая численность населения Земли возрастает, в отдельных странах прироста населения нет или даже наблюдается его убыль. Так, показатели рождаемости в России на протяжении всего XX в. снижались и в середине 60-х годов впервые опустились ниже уровня простого возобновления. В конце 90-х годов прошлого века эти негативные тенденции значительно усилились, и в 1991-1992 гг. в России сложилась уникальная демографическая ситуация, графическое отображение которой получило название «русский крест» (рис. 16.1).

Суть этого явления, наблюдаемого в мирное время и в отсутствие каких-либо глобальных катастроф, состоит в том, что показатели смертности в различных субъектах и в целом по России стали устойчиво превышать показатели рождаемости, что приводит к вымиранию населения (рис. 16.1).

Урбанизация (от лат. urbanus - городской) - процесс сосредоточения населения и экономической жизни в крупных городах. Если до 1900г. в городах жило всего около 14 % населения Земли, то в наши дни в городах живет примерно половина населения Земли. В городах требуется высочайшая концентрация продовольствия, воды, топлива и других ресурсов жизнеобеспечения. Природные экосистемы также не в состоянии переработать то количество отходов, которое образуется в процессе жизнедеятельности людей в городах. Главные следствия урбанизации: истощение энергетических ресурсов, загрязнение окружающей среды, деградация водных, лесных и почвенных ресурсов, потеря сельскохозяйственных угодий. Кроме того, имеются данные, что в городах заболеваемость людей в среднем в два раза выше, чем в сельской местности.

Глобальное загрязнение биосферы . Загрязнение представляет собой одну из самых древних проблем. Она возникла с появлением первых поселений с их ручьями из сточных вод и различными отходами домашнего хозяйства. Но до развития промышленной цивилизации загрязнения были сильно ограничены по своей природе и распространению. Все отходы разлагались под действием микроорганизмов и включались в круговороты веществ. Начиная со второй половины XX в. в процессе производственной деятельности человек создает синтетические вещества, которые, в виде отходов поступают в окружающую среду (в атмосферу гидросферу, почву) и почти не вовлекаются в биосферный круговорот веществ. Важно и то, что синтетические материалы часто являются ядовитыми для живых организмов.

В большинстве случаев загрязняющие вещества, широко распространяясь в атмосфере, гидросфере и почве, постепенно рассеиваются по всей биосфере. Основную роль играют атмосферные переносы. Восходящие потоки воздуха и ветры переносят загрязняющие вещества на разные расстояния и обеспечивают их циркуляцию в атмосфере. Антропогенные выбросы углекислого газа, оксидов азота, сернистого газа или ртути увеличивают фоновые концентрации этих примесей в атмосфере. Разбавление загрязнителей в среде (в воде или воздухе), уменьшая концентрацию на данном участке биосферы, не снижает их опасности для природы и человека, а только отдаляет негативные последствия.

Загрязнение атмосферы . Основная причина загрязнения атмосферы - сжигание ископаемого топлива. К другим причинам относятся выбросы побочных продуктов химической промышленности, выбросы пыли, радиоактивные газы атомных электростанций, выхлопы автомобилей. Основными веществами, загрязняющими атмосферу, являются газы (90%) и твердые частицы (пыль). Вследствие деятельности человека в атмосферу поступают пыль, углекислый газ (СО 2), угарный газ (СО), диоксид серы (SO 2), метан (СН 4), оксиды азота (NO 2 , NO, N 2 O).

Загрязнение почв . Повышение плодородия почв часто достигается путем внесения большого количества удобрений, использования средств химической защиты от вредителей, что позволяет интенсифицировать сельскохозяйственное производство. Широкое применение искусственных химических веществ приводит к загрязнению почв и живых организмов. Кроме того, атмосферные осадки, несущие загрязняющие вещества, выпадают на поверхность почвы и также являются источником ее загрязнения. Поверхностные и грунтовые воды смывают загрязняющие вещества в водную среду (реки, озера, моря).

Удобрения, безусловно, необходимы для пополнения в почве запасов питательных веществ, изъятых с урожаем. Стремление повысить продуктивность сельскохозяйственных растений приводит к перенасыщению почв удобрениями. Однако, согласно закону о предельной урожайности, продуктивность растений не увеличивается прямо пропорционально количеству внесенных удобрений. Излишек удобрений в почве приводит к избытку азота и фосфора в продуктах и ухудшает структуру почв.

Загрязнение континентальных и океанических вод . Многочисленные загрязняющие вещества могут растворяться в воде или же во взвешенном состоянии переноситься на огромные расстояния от мест сброса. Большинство токсикантов, в какой бы фазе они ни находились - в газообразной, жидкой или твердой, - способны загрязнять гидросферу.

Биологическое загрязнение в виде сточных вод приводит к сильному бактериологическому заражению и ведет к распространению инфекционных заболеваний, что создает дополнительные проблемы в области эпидемиологии.

Химическое загрязнение вод происходит в результате выброса различных химических соединений, используемых в сельском хозяйстве (пестициды и минеральные удобрения), а также отходов промышленных предприятий. Очень часто промышленные стоки несут в себе губительные для гидробионтов вещества, такие, как свинец, ртуть, медь и др. Загрязнение углеводородами (нефтью и нефтепродуктами) в последние десятилетия стало одним из основных видов загрязнения гидросферы.

Экологические последствия загрязнения природных вод проявляются в нарушении биогеохимических циклов веществ, снижении биологической продуктивности, деградации отдельных водных экосистем.

Загрязнение вод органическими веществами влияет на абиотические и биотические факторы, действующие как в проточных водах (реки), так и в больших стоячих водоемах (озера, замкнутые моря). В проточных водах слив отходов, насыщенных органическими веществами, вызывает полное нарушение функционирования экосистемы. При этом образуются четыре зоны, которые следуют одна за другой вниз по течению: 1) зона деградации, где воды реки смешиваются с загрязнителем; 2) зона активного разложения, где грибы и бактерии, аэробные, а затем и анаэробные размножаются и разрушают органическое вещество; 3) зона восстановления, где вода постепенно очищается, и восстанавливаются ее начальные характеристики; 4) зона чистой воды.

В результате активного развития микроорганизмов в зоне разложения резко падает концентрация растворенного кислорода и снижается численность водорослей. Вспышка автотрофов (микроскопические водоросли - фитопланктон) происходит в третьей зоне в результате появления нитратов и фосфатов, извлекаемых микроорганизмами-деструкторами из загрязняющих органических веществ. Когда удаление растворенного и взвешенного загрязняющего вещества заканчивается, и восстанавливаются начальные условия, вновь появляются организмы, живущие в чистой воде. Нарушения состава сообществ животных, обитающих в реках, выражены гораздо резче, так как никакие животные, обитающие в чистой воде, не могут выжить в зараженной зоне.

Загрязнение вод токсичными соединениями приводит к подавлению жизнедеятельности и гибели чувствительных к данному токсиканту организмов. Например, хлорсодержащие инсектициды, в частности ДДТ, тормозят фотосинтез у фитопланктона и оказывают сильное отрицательное воздействие на биоценозы вследствие способности к концентрации в пищевых цепях - биоаккумуляции.

Один из главных факторов негативных изменений в биосфере сверхинтенсивная эксплуатация природных ресурсов, которая приводит к таким последствиям, как разрушение растительного покрова и ухудшение свойств почвы.

Разрушение растительного покрова . В первую очередь оно связано с вырубкой лесов. Сведение лесов - одна из острейших глобальных экологических проблем. В функционировании природных экосистем роль лесных сообществ огромна. Лес поглощает атмосферные загрязнения, защищает почву от эрозии, регулирует сток поверхностных вод, препятствует снижению уровня грунтовых вод и т. д. Кроме того, леса играют большую роль в процессе связывания свободной углекислоты воздуха в процессе фотосинтеза (снижение парникового эффекта).

Уменьшение площади лесов вызывает нарушение круговоротов кислорода и углерода в биосфере. Хотя катастрофические последствия сведения лесов широко известны, их уничтожение продолжается. Площадь лесов на планете ежегодно уменьшается почти на 2%.

В результате интенсивного животноводства луговые экосистемы вырождаются в пустоши.

Ухудшение физико-химических свойств почвы . Чрезмерная эксплуатация земель под сельскохозяйственные культуры - мощный фактор разрушения природных ресурсов. Обычно выделяют четыре главные причины порчи и уничтожения земель: ветровая и водная - эрозия; засоление при неправильной ирригации; снижение плодородия; загрязнение почв.

Эрозия - разрушение почв в результате действия воды или ветра. Эрозионные процессы в природе резко усилились под влиянием человека. Эрозия начинается, прежде всего, там, где уничтожается естественный растительный покров, который скрепляет почву корнями и снижает интенсивность воздушных и водных потоков. За свою историю человечество потеряло около 2 млрд. га плодородных земель.

Орошаемое земледелие вызывает ирригационную эрозию и вторичное засоление. Излишек влаги на полях обусловливает повышение уровня грунтовых вод до поверхности почвы и их интенсивное испарение. Растворенные в воде соли накапливаются в верхнем горизонте почвы, снижая ее плодородие. Некоторые ученые считают, что цивилизация Древнего Вавилона погибла от вторичного засоления почв.

Истощение земель вызывается также: отчуждением питательных веществ с урожаем и неполным последующим их возвратом; потерей гумуса - ухудшением водного режима. В результате истощения почва теряет плодородие и опустынивается.

Разрушение озонового слоя Земли . С антропогенными изменениями атмосферы связано и разрушение озонового слоя, который служит защитным экраном от ультрафиолетового излучения, губительного для живых организмов. Особенно быстро процесс разрушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. В 1987г. зарегистрированы расширяющаяся год от года (темпы расширения - 4 % в год) озоновая дыра над Антарктикой (выходящая за контуры материка) и менее значительное аналогичное образование в Арктике.

Опасность истощения озонового слоя заключается в том, что может увеличиться интенсивность губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения. Ученые считают, что основной причиной истощения озонового слоя (экрана) является применение людьми хлорфторуглеродов (фреонов), которые широко используются в быту и в производстве (аэрозоли, пенообразователи, растворители и т. д.). В 1990г. мировое производство озоноразрушающих веществ составляло более 1300 тыс. т. Хлорфторуглероды, попадая в атмосферу, разлагаются в стратосфере с выделением атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород. В нижних слоях атмосферы фреоны могут сохраняться в течение десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу, где их содержание по оценкам ежегодно увеличивается примерно на 5%. Предполагается, что одной из причин истощения озонового слоя может быть и сведение лесов как продуцентов кислорода на Земле.

Глобальное изменение климата . В настоящее время основными причинами изменения климатической системы Земли считается антропогенная эмиссия (выбросы) газов (двуокиси углерода, метана, закиси азота, гидрофторуглеродов, перфторуглеродов и гексафторида серы), увеличивающих естественный парниковый эффект. Эти газы пропускают солнечный свет, но частично задерживают инфракрасное тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. В последние десятилетия происходит интенсификация парникового эффекта, которая приводит к нагреванию нижних частей атмосферы, что, в свою очередь, обусловливает изменение климатических и метеорологических параметров.

Парниковый эффект. Под парниковым эффектом понимают повышение средней температуры приземной части атмосферы Земли в результате изменения теплового баланса, вызванного парниковыми газами. Основные парниковые газы - углекислый газ и водяной пар. Вклад углекислого газа в парниковый эффект, по разным данным, составляет от 50 до 65%. К другим парниковым газам относят метан (20%), оксиды азота (5%) и пр. Повышение концентрации парниковых газов приводит к тому, что солнечная радиация продолжает беспрепятственно проникать к земной поверхности, а длинноволновое (инфракрасное) излучение, идущее от Земли, поглощается парниковыми газами. В результате нижняя часть тропосферы нагревается выше обычного уровня и общий тепловой баланс Земли изменяется. По имеющимся данным, за счет парниковых газов среднегодовое значение температуры воздуха на Земле за прошлое столетие повысилось на 0,3...0,6 °С.

Считается, что до наступления индустриальной эры (конец XIX в.) потоки углерода между атмосферой, материками и океанами были сбалансированы. Но за последние 100 лет содержание углекислого газа в атмосфере значительно увеличилось в результате антропогенных поступлений (рис. 16.2). Одним из их основных источников считается сжигание горючих ископаемых, однако этот процесс ускоряется и в результате развития сельского хозяйства и сведения лесов.

Интенсивное ведение сельского хозяйства приводит к потере углерода почвой. Фиксация углекислого газа сельскохозяйственными растениями в процессе фотосинтеза не компенсирует его количества, высвобождающегося из почвы в результате вспашки. Сведение лесов приводит к дополнительному выделению углекислого газа в атмосферу при сжигании древесины. Леса - важные накопители углерода, так как в биомассе лесов содержится в 1,5 раза, а в лесном гумусе - в 4 раза больше углерода, чем во всей атмосфере.

Фотосинтезирующий зеленый пояс Земли и карбонатная система океана поддерживают постоянный уровень содержания углекислого газа в атмосфере. Но стремительно возрастающие темпы сжигания горючих ископаемых и образования большого количества углекислого газа в ходе развития цивилизации на Земле начинают превышать возможность растений полностью ассимилировать углекислый газ в процессе фотосинтеза.

Большая часть атмосферных запасов углерода попадает в океан, который содержит в 50 раз больше углекислого газа, чем атмосфера, или в растения и почву. Скорость, с которой образуются запасы углерода в этих наземных или океанических резервуарах, зависит от многих факторов. Океан и атмосфера формируют глобальную климатическую систему, и изменения в одном из этих блоков могут повлиять на другой. Для того чтобы иметь возможность предсказывать направление климатических изменений, нужно досконально знать процессы трансформации различных форм углерода в океане, переноса углерода в глубокие слои водной толщи и накопления его в донных осадках.

Большая часть углерода в океане долгое время сохраняется в глубинных водах и в осадках морского дна. Один из путей возможного поступления углерода из поверхностных продуктивных слоев океана в глубины океана - через биологический насос . Этот путь начинается с фитопланктона - одноклеточных организмов, которые создают основу океанической пищевой цепи, поглощая углекислый газ и биогенные элементы и в процессе фотосинтеза создавая органическое вещество. Фитопланктон и питающийся им зоопланктон продуцируют частицы органического вещества в виде отмерших организмов и продуктов жизнедеятельности.

В процессе дыхания водных организмов часть связанного в органическом веществе углерода окисляется до минеральных форм (углекислого газа) в верхних слоях океана, который в свою очередь может улетучиваться в атмосферу. Зафиксированный органический углерод в виде органических частиц (тела водных организмов, продукты их выделений в виде слипшихся комочков) под действием силы тяжести оседает в глубины океана, где он либо окисляется, либо становится частью осадочного органического материала. Как быстро и в каком объеме углекислый газ из атмосферы поступает в глубины океана, где задерживается на долгое время и где выключается из биогеохимического цикла углерода, зависит от интенсивности функционирования морских экосистем. Переход углерода неорганической формы (углекислый газ) в органическую (биомасса и детрит), трансформация и перенос углерода в глубины называется «биологическим насосом», т. е. процессом, в результате которого углерод как бы откачивается из атмосферы и накапливается в океане (в воде и донных отложениях).

Как показали исследования, за последние 100 лет концентрация углекислого газа в атмосфере выросла на 25%, а метана – на 100%. Быстрые темпы роста содержания в атмосфере углекислого газа и метана сопровождались глобальным повышением температуры. Так, в 1980-е годы средняя температура воздуха в Северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5...0,6°С (рис. 16.3). По имеющимся прогнозам, средняя температура на Земле к 2020-2050 гг. может повыситься на 1,2...2,5°С по сравнению с доиндустриальной эпохой. Потепление может привести к интенсивному таянию ледников и повышению уровня Мирового океана на 0,5... 1,5м за указанный период. В результате окажутся затопленными многие густонаселенные прибрежные районы. Однако при общем увеличении количества осадков в центральных районах материков климат может стать более засушливым. Например, в 80-90-х годах XX в. в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, которые связывают с глобальным потеплением.

В последние десятилетия потепление климата и рост количества атмосферных осадков на территории России оказали существенное влияние на гидрологические характеристики водных ресурсов. Так, в бассейнах рек Волги, Дона и Днепра наблюдалось увеличение стоков на 20...40 %. Увеличение стока Волги стало основным фактором повышения в 1978-1995 гг. уровня Каспийского моря почти на 2,5м. В районах Прикаспия было затоплено и выведено из землепользования более 320 тыс. га земли.

При потеплении климата ожидается увеличение риска опасных паводков во многих регионах России, где прогнозируется увеличение стоков рек. Прогнозируемые изменения уровней воды приведут к изменению процессов эрозии на водосборах и в руслах рек повышению мутности и ухудшению качества воды.

Климат на Земле менялся всегда, и не было сколько-нибудь длительных периодов, в течение которых он оставался стабильным. Но никогда еще климат не менялся с такой скоростью, как в настоящее время.

Помимо содержания парниковых газов существуют и такие важные параметры, активно влияющие на климат Земли, как содержание водяного пара в атмосфере и влагооборот над сушей. В результате повышения средней приземной температуры воздуха содержание водяного пара в атмосфере Земли возрастает, что приводит к усилению парникового эффекта. Влагооборот над сушей, который на 99% определяется растительностью, нарушается из-за ускоряющегося исчезновения лесов на планете.

В то же время глобальное потепление может привести и к обратной тенденции - к региональному похолоданию в результате изменения направлений морских течений. Уже в первые десятилетия XXI в. теплые воды Гольфстрима могут перестать быть барьером для холодных течений, идущих из Северного Ледовитого океана (от п-ва Лабрадор). Таким образом, на фоне общего планетарного потепления весьма вероятно локальное похолодание на севере Европы. Эффект исчезновения океанического обогрева может проявиться очень быстро, и, главное, он будет внезапным и резким. Последствия возможного локального похолодания на фоне общего потепления могут затронуть Исландию, Ирландию, Великобританию, страны Скандинавии, Мурманскую и Архангельскую области, республики Карелия и Коми, другие прилегающие районы России.

Результаты влияния человека на биосферу. В современную эпоху деятельность человека оказывает громадное влияние на природные условия всей планеты. Особенно сильно изменены флора и фауна суши. Многие виды животных и растений полностью уничтожены человеком, а еще большее количество видов находится под угрозой исчезновения. Предполагается, что за последнее время исчезло свыше 120 видов и подвидов млекопитающих и около 150 видов птиц.

Громадные изменения произошли с растительным покровом на большей части поверхности континентов. На обширных пространствах дикая растительность уничтожена и заменена сельскохозяйственными полями. Сохранившиеся до настоящего времени леса в значительной части являются вторичными, т. е. сильно измененными в результате воздействия человека по сравнению с естественным растительным покровом. Большие изменения произошли также в растительном покрове многих районов степей и саванн из-за интенсивного выпаса домашнего скота.

Воздействие человека на естественный растительный покров оказало заметное влияние на процесс почвообразования в соответствующих районах и привело к изменению физических и химических свойств почв. Ещё больше изменились почвы на сельскохозяйственных полях вследствие систематического применения искусственных химических удобрений и изъятия значительной части биомассы произрастающих растений. Во многих районах экологически не обоснованная обработка почвы привела к усилению эрозии, в результате которой почвенный покров на больших площадях оказался разрушенным.

Быстро возрастает влияние деятельности человека на гидрологический режим суши. Сток не только малых, но и многих крупных рек существенно изменился в результате создания гидротехнических сооружений, изъятия воды для обеспечения нужд промышленности и городского населения, орошения сельскохозяйственных полей. Создание крупных водохранилищ, площадь которых во многих случаях сравнима с площадью больших естественных озер, резко изменило режим испарения и стока на обширных территориях.

Период в истории взаимоотношений человека и природы с начала XX в. и до настоящего времени характеризуется расширением его экспансии: заселением всех доступных для проживания территорий, интенсивным развитием промышленного и сельскохозяйственного производства, открытием и началом эксплуатации новых способов высвобождения и преобразования энергии (в том числе энергии атомного ядра), началом освоения околоземного космического пространства и Солнечной системы в целом, а также невиданным ранее ростом численности населения.

История влияния человека на биосферу показывает, что технический прогресс постоянно увеличивает возможности воздействия на окружающую среду, создавая предпосылки для возникновения крупных экологических кризисов. С другой стороны, тот же технический прогресс расширяет возможности устранения создаваемых человеком ухудшений природной среды. Наиболее отчетливо эти две противоположные тенденции проявились во второй половине XX в. и продолжаются в настоящее время.

Контрольные вопросы и задания

1. Охарактеризуйте основные направления влияния человека на биосферу.

2. В чем заключается суть современного экологического кризиса?

3. Перечислите важнейшие экологические проблемы современности.

4. Какие факторы влияют на глобальное изменение климата?

Суть проблемы:

Экологическая проблема возникла в сфере взаимоотношений человеческого общества с окружающей средой (природой). В последнее время обострился конфликт между обществом и природой, создающий реальную угрозу появления необратимых изменений в природных системах, подрыва естественных условий и существования нынешнего и будущих поколений жителей планеты Земля.

Причины возникновения экологической проблемы:

Многолетнее бесконтрольное и не всегда оправданное расходование природных ресурсов (добыча полезных ископаемых, промышленная вырубка лесов и т.п.);

Индустриализация хозяйства (появление большого количества производств, выбрасывающих в окружающую среду вредные вещества);

Увеличение численности людей и их потребностей и др.

В промышленно развитых странах экологические проблемы имеют преимущественно «индустриальный характер», а в развивающихся – обусловлены в первую очередь «переиспользованием естественных ресурсов» (лесов, почвенного покрова и других природных богатств).

В настоящее время эпицентр экологических проблем переносится из развитых стран в развивающиеся в связи с тем, что туда переносится ряд вредных производств.

В отдельных районах Земли конфликт между человеком и природой настолько обострился, что достиг уровня экологического кризиса.

Экологические проблемы условно можно разделить на три группы:

1. Деградация окружающей среды в результате нерационального природопользования (обезлесивание, почвенная эррозия, аридное опустынивание и т.п.).

2. Загрязнение литосферы, гидросферы и атмосферы твердыми, жидкими и газообразными отходами антропогенной деятельности («фотохимический туман» («смог») над крупными промышленными агломерациями, «кислотные дожди», мусорные свалки, нефтяное загрязнение мирового океана, радиоактивное загрязнение мирового океана в результате захоронения радиоактивных отходов и др.).

3. Отравление окружающей среды химическими веществами, создаваемыми в процессе производства (химикаты, пестициды, фреоны – разрушители озонового слоя)

Кроме того, много экологических проблем возникает в результате экологических катастроф на промышленных предприятиях (катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 г.) и на определенных территориях (лесные пожары).

Пути решения экологической проблемы:

применение энергосберегающих и ресурсосберегающих технологий;

изучение допустимых пределов воздействия на природу и принятие защитных мер, в том числе и запретительного характера;

применение экологически менее вредных технологий и производств;

проведение мероприятий направленных на ликвидацию последствий экологических кризисов и катастроф, восстановление нарушенных экосистем;

мероприятия воспитательного характера, направленные на формирование бережного отношения к природе и др.

В 70-х годах 20-го века ООН выдвинула лозунг «Земля только одна» и определила главный путь решения экологической проблемы - такая организация производственной и непроизводственной деятельности людей, которая обеспечила бы нормальное «экоразвитие», сохранение и преобразование окружающей среды в интересах всего человечества и каждого человека.

Экологическая проблема — одна из глобальных проблем современности. Она тесно связана с вопросами ресурсодефицитности. экологической безопасности и экологического кризиса. Одним из путей разрешения экологической проблемы является путь «устойчивого развития», предложенный в качестве основной альтернативы развития человеческой цивилизации.

Глобальные экологические проблемы

Научно-технический прогресс поставил перед человечеством ряд новых, весьма сложных проблем, с которыми оно до этого не сталкивалось вовсе, или проблемы не были столь масштабными. Среди них особое место занимают отношения между человеком и окружающей средой. В XX столетии на природу легла нагрузка, вызванная 4-кратным ростом численности населения и 18-кратным увеличением объема мирового производства. Ученые утверждают, что примерно с 1960-70-х гг. изменения окружающей среды под воздействием человека стали всемирными, т.е. затрагивающими все без исключения страны мира, поэтому их стали называть глобальными. Среди них наиболее актуальны:

• изменение климата Земли;
• загрязнение воздушного бассейна;
• разрушение озонового слоя;
• истощение запасов пресной воды и загрязнение вод Мирового океана;
• загрязнение земель, разрушение почвенного покрова;
• оскудение биологического разнообразия и др.

Изменения окружающей среды в 1970-90-е гг. и прогноз на

2030 г. отражены в табл. 1. Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан на встрече глав государств и правительств стран-членов ООН (сентябрь 2000 г.) представил доклад «Мы, народы: роль Организации Объединенных наций в XXI веке». В докладе рассмотрены приоритетные стратегические области, которые встают перед человечеством в новом тысячелетии, и подчеркивается, что «задача обеспечить для последующих поколений экологически устойчивое будущее станет одной из самых сложных».

Таблица 1. Изменения окружающей среды и ожидаемые тенденции до 2030 г.

Характеристика	Тенденция 1970-1990 гг.	Сценарий 2030 г.
Сокращение плошали естественных экосистем	Сокращение со скоростью 0,5- 1,0% в год на суше; к началу 1990-х гг. их сохранилось около 40%	Сохранение тенденции, приближение к почти полной ликвидации на суше
Потребление первичной биологической продукции	Рост потребления: 40% на суше, 25% — глобальный (оценка 1985 г.)	Рост потребления: 80- 85% на суше, 50-60%- глобальный
Изменение концентрации парниковых газов в атмосфере	Рост концентрации парниковых газов от десятых процента до первых процентов ежегодно	Рост концентрации, ускорение роста концентрации СО, и СН 4 за счет ускорения разрушения биоты
Истощение озонового слоя,рост озоновой дыры над Антарктидой	Истощение на 1-2% в год озонового слоя, рост площади озоновых дыр	Сохранение тенденции даже при прекращении выбросов ХФУ к 2000 г.
Сокращение площади лесов, особенно тропических	Сокращение со скоростью от 117 (1980 г.) до 180 ± 20 тыс. км 2 (1989 г.) в год; лесовосстановление относится к сведению лесов как 1: 10	Сохранение тенденции, сокращение плошали лесов в тропиках с 18 (1990 г.) до 9-11 млн км 2 , сокращение площади лесов умеренного пояса
Опустынивание	Расширение площади пустынь (60 тыс. км 2 в год), рост техногенного опустынивания. токсичных пустынь	Сохранение тенденции, возможен рост темпов за счет уменьшения влагооборота на суше и накопления поллютан- тов в почвах
Деградация земель	Рост эрозии (24 млрд т ежегодно), снижение плодородия, накопление загрязнителей, закисление, засоление	Сохранение тенденции, рост эрозии и загрязнения, сокращение сел ьс к охо зя й сг ве н н ы х земель надушу населения
Повышение уровня океана	Подъем уровня океана на 1-2 мм в год	Сохранение тенденции, возможно ускорение подъема уровня до 7 мм в год
Стихийные бедствия, техногенные аварии	Рост числа на 5-7%, рост ущерба на 5-10%, рост числа жертв на 6- 12% в год	Сохранение и усиление тенденций
Исчезновение биологических видов	Быстрое исчезновение биологических видов	Усиление тенденции по мерс разрушения биосферы
Качественное истощение вод суши	Рост объема сточных вод, точечных и площадных источников загрязнения, числа поллютантов и их концентрации	Сохранение и нарастание тенденций
Накопление поллютантов в средах и организмах, миграция в трофических цепочках	Рост массы и числа пол- лютантов, накопленных в средах и организмах, рост радиоактивности среды, «химические бомбы»	Сохранение тенденций и возможное их усиление
Ухудшение качества жизни, рост заболеваний, связанных с загрязнением окружающей среды (в том числе генетических), появление новых болезней	Рост бедности, нехватка продовольствия, высокая детская смертность, высокий уровень заболеваемости, необеспеченность чистой питьевой водой в развивающихся странах; рост генетических заболевай и й, высокий уровень аварийности, рост потребления лекарств, рост аллергических заболеваний в развитых странах; пандемия СПИД в мире, понижение иммунного статуса	Сохранение тенденций, рост нехватки продовольствия, рост заболеваний, связанных с экологическими нарушениями (в том числе генетических), расширение территории инфекционных заболеваний, появление новых болезней

Проблема окружающей среды

Окружающей средой (окружающей природной средой, природной средой) называется та часть природы, с которой человеческое общество непосредственно взаимодействует в своей жизни и хозяйственной деятельности.

Хотя вторая половина XX в. — это время невиданных ранее темпов экономического роста, однако он во все большей мере стат осуществляться без надлежащего учета возможностей окружающей природной среды, допустимых хозяйственных нагрузок на нее. В результате происходит деградация окружающей природной среды.

Нерациональное природопользование

В качестве примера деградации окружающей природной среды в результате нерационального природопользования можно привести обезлесение и истощение земельных ресурсов. Процесс обезлесения выражается в сокращении площади под естественной растительностью, и прежде всего лесной. По некоторым оценкам, во время возникновения земледелия и скотоводства лесами было покрыто 62 млн км 2 суши, ас учетом кустарников и перелесков — 75 млн км 2 , или 56% всей ее поверхности. В результате продолжающегося уже 10 тыс. лет сведения лесов их площадь сократилась до 40 млн км 2 , а средняя лесистость — до 30%. В наши дни сведение лесов продолжается все более быстрыми темпами: ежегодно уничтожается около 100тыс. км 2 . Лесные массивы исчезают по мере расширения запашки земли и пастбищ, роста заготовки древесины. Особенно угрожающее положение сложилось в зоне тропических лесов, прежде всего в таких странах, как Бразилия, Филиппины. Индонезия, Таиланд.

В результате процессов деградации почвы ежегодно из мирового сельскохозяйственного оборота выбывает около 7 млн га плодородных земель. Главными причинами этого процесса являются растущая урбанизация, водная и ветровая эрозия, а также химическая (засорение тяжелыми металлами, химическими соединениями) и физическая (разрушение почвенного покрова при горных, строительных и других работах) деградация. Процесс деградации почв особенно интенсивно протекает на засушливых землях, которые занимают около 6 млн км 2 и в наибольшей мере присущи Азии и Африке. В пределах засушливых земель расположены и главные районы опустынивания, где вследствие высоких темпов роста сельского населении перевыпас скота, сведение лесов и нерациональное орошаемое земледелие приводят к антропогенному опустыниванию (60 тыс. км 2 ежегодно).

Загрязнение природной среды отходами

Другая причина деградации природной среды — загрязнение ее отходами производственной и непроизводственной деятельности человека. Эти отходы делятся на твердые, жидкие и газообразные.

Показательны следующие расчеты. В настоящее время на одного жителя Земли в среднем ежегодно добывается и выращивается около 20 т. сырья. При этом только из недр извлекается 50 км 3 ископаемых пород (более 1000 млрд т), которые с использованием энергетической мощности в 2500 Вт и 800 т воды превращаются в 2 т конечного продукта, из которого 50% выбрасывается сразу, остальное идет в отложенные отходы.

В структуре твердых отходов преобладают промышленные и горно-промышленные отходы. В целом и надушу населения они особенно велики в России, США. Японии. Подушевому показателю твердых бытовых отходов лидерство принадлежит США, где на каждого жителя в год приходится 800 кг мусора (на одного жителя Москвы — 400 кг).

Жидкими отходами загрязняется прежде всего гидросфера, причем главными загрязнителями здесь выступают сточные воды и нефть. Общий объем сточных вод в начале XXI в. составил около 1860 км 3 . Для разбавления единицы объема загрязненных сточных вод до приемлемого к использованию уровня требуется в среднем от 10 до 100 и даже 200 единиц чистой воды. На Азию, Северную Америку и Европу приходится около 90% всего мирового сброса сточных вод.

В итоге деградация водной среды в наши дни приняла глобальный характер. Примерно 1,3 млрд человек пользуется в быту только загрязненной водой, а 2,5 млрд испытывают хронический недостаток пресной воды, что служит причиной многих эпидемических заболеваний. В силу загрязнения рек и морей снижаются возможности рыболовства.

Большую тревогу вызывает загрязнение атмосферы пылевидными и газообразными отходами, выбросы которых непосредственно связаны со сгоранием минерального топлива и биомассы, а также с горными, строительными и другими земляными работами (2 /з всех выбросов приходится на развитые страны Запада, в том числе на США — 120 млн т). Примерами главных загрязнителей обычно служат твердые частицы, диоксид серы, окислы азота и оксид углерода. Ежегодно в атмосферу Земли выбрасывается около 60 млн т твердых частиц, которые способствуют образованию смога и понижают прозрачность атмосферы. Диоксид серы (100 млн т) и оксиды азота (около 70 млн т) являются главными источниками образования кислотных дождей. Масштабным и опасным аспектом экологического кризиса является воздействие на нижние слои атмосферы парниковых газов, прежде всего диоксида углерода и метана. Диоксид углерода поступает в атмосферу в основном в результате сгорания минерального топлива (2 /з всех поступлений). Источниками поступления в атмосферу метана служат сжигание биомассы, некоторые виды сельскохозяйственного производства, утечка газа из нефтяных и газовых скважин. Международное сообщество решило снизить выбросы углекислого газа на 20% к 2005 г. и на 50% к середине XXI в. В развитых странах мира для этого были приняты соответствующие законы и постановления (например, специальный налог на выброс углекислого газа).

Оскудение генофонда

Одним из аспектов проблемы окружающей среды является уменьшение биологического разнообразия. Биологическое разнообразие Земли оценивается в 10-20 млн видов, в том числе на территории бывшего СССР -10-12% общего количества. Урон в данной сфере уже достаточно ощутим. Это происходит из-за разрушения среды обитания растений и животных, чрезмерной эксплуатации сельскохозяйственных ресурсов, загрязнения окружающей среды. По подсчетам американских ученых, за последние 200 лет на Земле исчезло около 900 тыс. видов растений и животных. Во второй половине XX в. процесс сокращения генофонда резко ускорился, и при сохранении существующих тенденций за последнюю четверть века возможно исчезновение 1 / 5 всех видов, населяющих ныне нашу планету.

Экологическая ситуация в России в начале XXI в.

Экологическая обстановка в нашей стране определяется двумя факторами: уменьшением расходов на охрану окружающей среды, с одной стороны, и меньшими, чем ранее, масштабами хозяйственной деятельности — с другой.

Так, например, в 2000 г. в России действовала почти 21 тыс. предприятий, имеющих выбросы в атмосферу. Эти выбросы составили (включая автомобили) более 85 млн т, из них почти 16 млн — без всякой очистки. Для сравнения — в СССР выбросы от стационарных источников и автомобильного транспорта составляли в середине 80-х гг. 95 млн т, в России начала 90-х -около 60 млн т. Наибольшими загрязнителями воздушного бассейна в современных условиях являются Сибирский и Уральский федеральные округа. На них приходилось около 54% общего объема выбросов по стационарным источникам.

Поданным Государственного водного кадастра, в 2000 г. суммарный забор воды из природных объектов составит 86 км 3 (из них более 67 км 3 было использовано на хозяйственно-питьевые, производственные нужды, орошение и сельскохозяйственное водоснабжение). Суммарный объем сброса загрязненных сточных вод в поверхностные превысил 20 км\ из них 25% приходится на Центральный ФО. В СССР этот показатель равнялся 160 км 3 , в России 90-х гг. — 70 км 3 (40% из них неочищенные или недостаточно очищенные).

В 2000 г. в целом по России образовалось более 130 млн т токсичных отходов. Были полностью использованы и обезврежены только 38% отходов. Наибольшее их количество образовалось в Сибирском ФО (31% всей РФ). Если говорить о твердых отходах в целом, то в СССР их образовывалось ежегодно около 15 млрд т, в России начала 90-х гг. — 7 млрд т.

Таким образом, хотя в России 90-х гг. из-за экономического кризиса происходило резкое снижение выбросов всех видов отходов, последующий экономический рост приводит к увеличению объема отходов, загрязняющих окружающую среду.