Учебник по экологии для технических специальностей - Н.И. Николайкин. Учебник по экологии для технических специальностей - Н.И. Никола. Технические науки и по специальностям в области 650000 Техника и технологии е издание, стереотипное москва 2004
 Скачать 4.61 Mb.
|
|
100 1000 10 000 Рис. 9.16. Взаимосвязь уровня потребления энергии и уровня жизни населения в 1980 г. (по ТА. Акимовой, В В Хаскину): I — индекс чистого дохода, вычисленный по действительной стоимости большого набора товаров и услуг (/ = 1 соответствует приблизительно 22,5 долл. США Е — потребление энергии на одного жителя разных стран в кг угольного эквивалента (29,3 МДж/г) 9 . 1 . Антропогенное воздействие на биосферу 4 3 5 Масштабы выработки и потребления энергии человечеством столь велики, что соизмеримы с природными явлениями табл. 9.7). Таблица Сравнительная мощность техногенной энергии и природных явлений Энергетический объект или явление природы Все установки по выработке энергии, в т. ч. электростанции Испарение влаги с поверхности Земли Приливы Землетрясения Мощность, ТВт 8—9 1,5 0,5 2—5 1,5—100 Мировые запасы минерального топлива оцениваются в 12,5 трлн тут, а запасы, которые могут быть извлечены из недр Земли экономически оправданными методами, составляют около 4 трлн тут. При этом 80% запасов составляет уголь и по 10% — нефть и природный газ. Считается, что этого количества, а также запасов торфа, сланцев, урана и тория в расчете на уровень потребления в 2000 г. хватит человечеству ориентировочно налет. На территории нашей страны находится более 50% мировых запасов угля, более 30% газа, 60% торфа и более 40% горючих сланцев. Извлекаемые запасы минерального топлива оцениваются примерно в 2 трлн тут, 80% которых составляет уголь и 5% — природный газ. Поскольку, с одной стороны, энергетика — основа развития современных отраслей народного хозяйства, ас другой стороны — в наши дни не найдено ни одного источника энергии, использование которого не влияло бы существенно (прямо или косвенно) на биосферу, человечество активно ищет выход из этого тупикового состояния. Наиболее правильными являются следующие два направления решения этой задачи. 1 Тут — тонна условного топлива. За условное принимают такое топливо, которое имеет теплоту сгорания 29,3 МДж (7000 ккал) на 1 кг твердого или 1 м газообразного вещества. При технико-экономических расчетах использование понятия условное топливо позволяет сравнивать органическое топливо (и даже электроэнергию) разной тепловой ценности. 4 3 6 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ Прежде всего следует рациональнее использовать имеющиеся энергетические мощности, те. снижать энергопотребление путем перехода на энергоэкономные технологии и снижения потерь. Ярким примером служат достижения Японии. Страна, обладающая ничтожными собственными природными ресурсами, далеко отстающая по выработке электроэнергии надушу населения от России и многих развитых стран мира, заняла одно из первых мест по производству промышленной продукции, лидируя в новейших отраслях. Кроме того, необходимо совершенствовать технологию выработки энергии (включая добычу и перевозку топлива, передачу электроэнергии и т. па также структуру выработки энергии, шире использовать экологически более совершенные методы выработки и виды топлива. Нельзя рассчитывать на полноценное решение проблемы путем очистки газов, выбрасываемых энергетическими объектами в атмосферу. Многократно доказано, что газоочистка, увеличивая стоимость выработки энергии примерно в 1,5 раза, сама требует дополнительных затрат энергии и приводит к необходимости решения задачи утилизации уловленных веществ. Тем не менее в некоторых случаях применение устройств очистки дает явный и существенный эффект. Так, всеведущие автомобилестроительные фирмы уже оснащают свою продукцию нейтрализаторами выхлопных газов. Без этого устройства автомобиль не конкурентоспособен на современном рынке. Сегодня трудно быть уверенным, что после перевода всего парка автомобилей на экологически более совершенные виды топлива (такие, как газ) необходимость в нейтрализаторах исчезнет. Принципиально неверный способ улучшения экологической обстановки в районе расположения энергетического объекта — строительство высоких и сверхвысоких труби даже 420 м. Сиюминутная выгода при таком решении очевидна — увеличение в два раза высоты трубы гарантирует снижение максимальной приземной концентрации загрязняющих веществ в 4 раза см. (10.24)]. Однако рассеивание примесей по значительно большей территории нив малейшей степени не снижает общий результат. Для совместной борьбы с трансграничным переносом загрязнений ряд заинтересованных стран Европы подписало международную конвенцию, по которой они обязались в оговоренные сроки уменьшать выбросы оксидов серы. 9.1. Антропогенное воздействие на биосфюру 4 3 7 9.1.6. Антропогенные чрезвычайные ситуации, войны Чрезвычайными ситуациями (ЧС) называют аварии, катастрофы с многочисленными человеческими жертвами, существенными материальными потерями, серьезными экологическими последствиями и (или) нарушениями условий жизнедеятельности людей. По мере роста производительности промышленных производств, расширения сфер технической деятельности человека увеличивается количество техногенных аварий и число пострадавших в них. Появление новых опасностей обусловлено развитием цивилизации. В качестве примера ниже представлена хронология появления химических опасностей в XX в Год Тип опасности и место происшествия 1915 Применение химического оружия — хлора (Ипр, Бельгия) 1917 Промышленный выброс хлора (Вайндотт, США) Применение химического оружия — газа иприт 1921 Взрыв нитрата аммония (Оппау, Германия) 1935 Огненный шар при аварийном запуске ракеты (Германия) 1943 Огненный шторм (Гамбург, Германия) Взрыв парового облака (Людвигсхафен, Германия) 1945 Применение ядерного оружия (Хиросима и Нагасаки, Япония) Применение бактериологического оружия (Манчжурия) 1957 Ядерная авария при производстве плутония (Уиндскейл, Великобритания) 1968 Разлив аммиака (Лион, Франция) 1976 Трудноустранимое токсичное заражение (Севезо, Италия) 1985 Выброс метилизоцианата (Бхопал, Индия) 1986 Ядерная авария на Чернобыльской АЭС (СССР) Неблагоприятная политическая и экономическая обстановка в х годах XX в. в России привела к тому, что технический парк промышленных и транспортных предприятий не только морально, но и физически устарел, что способствовало росту количества чрезвычайных ситуаций, наносящих непоправимый ущерб ОС. В табл. 9.8 приводятся данные по ЧС в Российской Федерации за последнее десятилетие. Таблица Чрезвычайные ситуации техногенного характера за период с 1991 по 2000 гг. Тип ЧС Крушения, аварии, столкновения с пассажирскими поездами на железных дорогах Аварии на грузовых и пассажирских судах Авиационные катастрофы Крупные автокатастрофы Аварии на магистральных и крупных внутрипромысло- вых трубопроводах Аварии на промышленных и сельскохозяйственных объектах Количество ЧС по годам m i 413 — — 171 53 — 1992 12 298 — 430 1993 — — — — 32 238 1994 88 — 35 177 38 256 1995 52 13 42 184 48 262 1996 23 23 40 153 62 248 1997 19 34 31 151 81 250 1998 15 24 31 124 63 152 1999 10 21 29 98 46 108 2000 7 25 16 91 38 84 Обнаружение (утрата) взрывчатых веществ (боеприпасов) в населенных пунктах Аварии с выбросом (угрозой выброса) аварийно химически опасных веществ Аварии с выбросом (угрозой выброса) радиоактивных веществ Аварии в зданиях жилого и социально-бытового и культурного назначения Аварии в системах жизнеобеспечения ВСЕГО — 18 37 — — 692 — 34 8 — 55 837 — — — — — — 14 73 — 309 69 1059 35 78 11 321 42 1088 38 74 16 289 68 1034 66 96 28 304 114 1174 33 91 28 274 120 955 42 97 15 303 87 856 15 38 19 194 79 606 * Данные Государственных докладов о состоянии окружающей природной среды в РФ за соответствующий год. Прочерки означают отсутствие информации. 4 4 0 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ Затраты на проведение аварийно-спасательных работ, восстановление разрушенных зданий и предприятий, помощь населению стали сказываться на экономике России в целом. Войны В любые времена военные конфликты сопровождаются негативными последствиями для биосферы. По мере развития цивилизации эти последствия из локальных стали глобальными. Вопрос о том, сколько раз таили иная держава своим ядерным запасом может уничтожить земной шар — чисто риторический. Земной шар один, и уничтожить его можно только один раз. Например, при ядерном варианте снаряжения мощность заряда одной крылатой ракеты Томагавк составляет 200 кт — враз больше, чему атомных бомб, сброшенных американцами на Хиросиму и Нагасаки. Один стратегический бомбардировщик В-1В имеет бомбовую нагрузку 61 000 кг, в том числе 12 крылатых ракета бомбардировщик В «Стратофо- ресс» — боевую нагрузку до 30 000 кг. Вовремя только первого этапа контртеррористической операции США в Афганистане в конце 2001 г. помимо 50 крылатых ракет для ударов по позициям талибов (сторонников международных террористов) американские войска применили около 50 крылатых ракет и большое количество авиабомб, предназначенных для разрушения подземных коммуникаций. Авиабомбы ВВС США, используемые для этих целей, имеют вес 4536, 5443, 6800 кг, а самая мощная — 9980 кг (в том числе около 9 т тротила. При применении столь мощного оружия горные ущелья складываются как картонный ящик. Действительно, трудно не согласиться, что требование решить боевую задачу, поставленную военным командованием любой страны, и требования по охране ОС являются практически несовместимыми. Ввек ракетно-ядерной техники мировая война недопустима, ибо может привести если ник полному уничтожению всего живого на Земле, ток созданию условий среды, неприемлемых для человека. Но и неядерные конфликты наносят невосполнимый ущерб биосфере. Входе войны во Вьетнаме в х годах армия США широко применяла напалм, выжигавший леса, в которых находились партизаны. Ущерб, нанесенный при этом природе, невосполним, экосистемы уничтожены безвозвратно. Ядерная война Последствия ядерного удара для окружающей среды зависят в первую очередь от мощности заряда и характера пораженного объекта. При ядерных взрывах в атмосферу выбрасываются радиоактивные вещества, образуется 9.2. Экологический риск 441 ударная волна, световое излучение, начинаются пожары, вследствие чего в воздух поступает большое количество сажи, пыли и диоксида углерода. Пыль и сажа закрывают доступ солнечным лучам к поверхности Земли. По расчетам Вычислительного центра АН СССР, выполненным в 1983 г. под руководством акад. П. Н. Моисеева, далее у поверхности земли ив нижних слоях атмосферы понизится температура и установится ядерная зима, а затем повсеместно изменится климат планеты. Скорее всего, в результате ядерного удара биосфера в ее настоящем виде перестанет существовать, но главное, неизвестно, найдется ли в новой биосфере место для человека. 9.2. Экологический риск Экологический риск — мера экологической опасности, которая рассматривается в двухосновных аспектах вероятность нарушения природного равновесия, те. эволюционно сложившейся саморегулирующейся системы связей в биосфере, обеспечивающей стабильность такой природной среды, к которой адаптирован человек вероятность агрессивного воздействия факторов окружающей среды непосредственно на человека, которое может привести к ухудшению здоровья и даже к преждевременной смерти отдельных людей или групп населения снижению жизнеспособности человеческой популяции в виде повышения генетического груза, тератогенных эффектов (появлению уродств, снижению иммунитета, повышению уровня заболеваемости и смертности. Экологический риск R может быть оценен количественно как произведение R = РУ, где р — вероятность негативного воздействия источника опасности на население, экосистемы или иные природные объекты у — предполагаемая величина ущерба от этого воздействия. Оценка риска не может быть точной, ибо экологической опасности в силу ряда причин свойственна стохастичность (неопределенность. При обсуждении проблемы экологического риска, как правило, имеются ввиду последствия техногенных воздействий на окружающую среду и на человека при этом важно учитывать 4 4 2 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ • кумулятивный эффект любых долговременных воздействий на природные объекты (организмы, экосистемы и пр, те. существенное увеличение и накопление действия со временем, зачастую приводящее к резким качественным изменениям путем суммирования слабых количественных сдвигов • нелинейность дозовых эффектов воздействий на живые организмы, выражающаяся в виде непропорционально сильных биологических эффектов от воздействия небольших доз, что связано с повышенной чувствительностью организмов к слабым (информационным) воздействиям. Слабые воздействия приводят к изменениям поведения живых существ. Воздействия средней интенсивности вызывают стрессовую реакцию и, как правило, включают механизмы сопротивления организма. Сильные воздействия нарушают жизнедеятельность, повышают вероятность смерти • синергическое (совместное) действие различных факторов среды на живое, которое нередко приводит к неожиданным эффектам, не являющимся суммой ответов на оказанные действия. Действие одного фактора может как усиливать, таки ослаблять либо качественно изменять эффекты воздействий других • индивидуальные различия живых существ (в том числе и людей) в чувствительности к действию факторов среды ив сопротивляемости неблагоприятным изменениям. Фактически здесь действуют механизмы естественного отбора, сила- которого многократно возрастает в эпоху техногенного изменения природной среды • отсроченный характер изменений в популяционных характеристиках человека. Анализ последствий чернобыльской катастрофы выявил отсутствие границы между эффектами радиационных и химических поражений, а также относительность определения пороговых и допустимых доз, ибо в природной среде невозможно вычленить эффект воздействия какого-либо одного фактора. Общая агрессивность техногенной среды приводит ' к бесплодию, повышению смертности зародышей и новорожденных, появлению неблагоприятных мутаций и врожденных уродств. Следовательно, нормирование экологического риска и опасности основывается на оценке источников опасности и на исследовании главным образом устойчивости и экологической 9.2. Экологический риск 443 емкости природных экосистема также на определении запаса прочности организма человека — способности к гомеоста- тической регуляции. Факторы экологического риска Их подразделяют на две частично перекрывающиеся группы естественные и антропо генно обусловленные. К естественным относятся геологические факторы и катастрофы (землетрясения, извержения вулканов, оползни и сели и т. п климатические явления (засухи, бури, тайфуны, цунами иные природные бедствия (повышение патогенности возбудителей болезней, нашествия саранчи, волны массовой миграции грызунов и пр. Многие из этих явлений причинно связаны с изменениями солнечной активности и геомагнитными явлениями, однако интенсивная хозяйственная деятельность человека влияет на возникновение и течение названных природных процессов. Антропогенно обусловленные факторы экологического риска многообразны. Это радиационная опасность, риск от использования загрязненной или недостаточно обогащенной необходимыми элементами питьевой воды, эпидемиологический риск, зависящий как от загрязнения воды и почвы бытовыми стоками, таки от географического распространения возбудителей заболеваний. Глобальный риск для всего живого населения планеты связан с разрушением озонового слоя, изменениями климата вследствие накопления парниковых газов в атмосфере и тепловым излучением крупных промышленных и населенных центров, уничтожением лесов (как тропических, таки северных) — мощного источника кислорода и регуляторов климата планеты. Крупномасштабные преобразования природы — распашка целинных земель, строительство гигантских ГЭС с устройством крупных водохранилищ и затоплением пойменных территорий, проекты поворота рек, строительство крупных агропромышленных комплексов, осушение болот — все это мощные факторы экологического риска для природы и человека. Важное место среди факторов экологического риска занимает загрязнение всех сред жизни (воздушной, водной и почвенной) отходами промышленного и сельскохозяйственного производства и бытовыми отходами. Большая группа факторов экологического риска для человека связана с особенностями питания. Это фальсифицированные и недоброкачественные продукты, а также пища с высо- 4 4 4 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ ким содержанием химических экотоксикантов, несбалансированная по энергетической ценности, содержанию белков, жиров, углеводов, витаминов и микроэлементов. Проживание в сельскохозяйственных районах, где широко применяются пестициды, гербициды и складируются избыточные количества минеральных удобрений, для людей также сопряжено с экологическим риском. Огромен экологический ущерб и риск от эрозии почв, при которой происходит не только уничтожение гумусового плодородного слоя в районе бедствия, но появляются и распространяются пыльные бури, нарушающие жизнеспособность смежных экосистем. Уничтожение лесных ресурсов, разрушение региональных экосистем несет опасность не только обитателям данного региона, но и являются факторами риска для всей биосферы. Факторами риска, вызванного техногенными воздействиями, являются также наведенная сейсмичность, превышение уровня электромагнитных излучений над природным фоновым, что имеет место в больших городах, на предприятиях, в районе станций ретрансляции, линий электропередача также в жилищах, перегруженных бытовой техникой. Большая группа факторов риска связана с техногенными катастрофами и военными действиями. Сопровождающие их пожары не только разрушают локальные природные экосистемы, но и ведут к изменениям атмосферы — насыщение парниковыми газами, сажей, другими продуктами горения, распространяющимися далеко за пределы региона военных действий. Ко вторичным факторам риска относятся и социальные последствия войн и экологических катастроф массовые заболевания, появление экологических беженцев — волн миграции из района бедствия и т. п. При всей важности перечисленного все же главным фактором риска и опасности для жизни современного человечества на Земле является снижение биологического разнообразия уничтожение видов живых существ, ведущее к потере устойчивости и разрушению природных экосистем всех уровней. Концепция экологической безопасности и снижения риска Она основывается на способности природных экосистем к саморегуляции иксам о очищению. Автоматически регулировать состояние природной среды таким образом, чтобы сохранялись качество воды, почвы и воздуха, пригодность их для использования живыми существами способна только биота. Достигается это многообразием механизмов ре 9.2. Экологический риск 445 гуляции численности организмов, каждый из которых играет особую роль в круговороте биогенных веществ в биосфере. В качестве примера рассмотрим сред о образующую роль лесной экосистемы. Продукция и биомасса леса являются запасами органического вещества и накопленной энергии, созданными в процессе фотосинтеза растениями. Интенсивность фотосинтеза определяет скорость поглощения диоксида углерода и выделения кислорода в атмосферу. Так, при образовании 1 т растительной продукции в среднем поглощается 1,5— 1,8 т Си выделяется 1,2—1,4 т 0 2 . Биомасса, включая и мертвое органическое вещество, — основной резервуар биогенного углерода. Часть этого органического вещества выводится из круговорота на длительное время, образуя геологические отложения. Во влажных районах накопление органики происходит в основном в болотах, где этому способствуют недостаток 0 2 и кислая среда. Вода в болотах проходит многократное физическое, химическое и биологическое очищение от вредных примесей и загрязнений. Экотоксиканты, попадая вцепи питания, накапливаются в живых организмах, а затем попадают вмертвую органику. Вода в процессе природной биологической очистки возвращает свою чистоту, а также обогащается витаминами и микроэлементами. Кроме того, болота играют в биосфере важнейшую роль как источники многих водных артерий (реки ручьев. Леса обладают высокой пылепоглощающей способностью они способны осаждать до 50—60 т/га пыли в год. Биомасса леса очищает воздух от химических токсикантов. Это происходит как путем осаждения на поверхности листьев и стволов растений, таки за счет аккумуляции в органическом веществе при включении токсикантов в обмен веществ растений, грибов, животных. После их смерти химические токсиканты поступают в органическое вещество почвы, где могут быть в значительной мере деструктированы (разложены) и обезврежены. Лесные и болотные экосистемы в значительной мере влияют на метеорологические процессы. Чем значительнее их биомасса, тем больше поверхность ее контакта с воздушной средой. Существенна также и гидрологическая роль лесных ибо лотных экосистем из-за повышенной влажности воздуха над ними выпадает больше осадков. Пары воды, попадающие в атмосферу в результате транспирации растений, по их доле в круговороте воды сравнимы с суммарным речным водотоком. В целом из-под лиственного 4 4 6 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ леса на питание грунтовых вод за год поступает (например, в Московской области) 2080 м влаги с гектара. Меры по снижению экологического риска Экологическая безопасность — важнейший элемент безопасности государства и каждого отдельного человека. В России, как ив других государствах, принят ряд законов, направленных на охрану природной среды и здоровья человека. В нашей стране даже сформировалась отдельная отрасль законодательства, названная экологическим правом (см. разд. 10.1). Снижению экологического риска и опасности служат основные принципы «экоразвития», те. концепции социаль но-экономического развития, направленного на сохранение и восстановление природной среды сохранение и восстановление естественных экосистем и биоразнообразия; охрана здоровья и генофонда человеческой популяции преодоление потребительского отношения к природе и экологической безграмотности при удовлетворении естественных (биологически обоснованных) потребностей человека планирование и развитие производства в соответствии с емкостью и способностью природных экосистем к самовосстановлению • приоритетность глобальных требований экологического императива по отношению к региональным нуждам природопользования замена использования невозобновимых природных ресурсов на возобновимые; рекультивация земель, восстановление биологических ресурсов • эколого-экономическая сбалансированность общественного развития экономическое стимулирование экологически чистых технологий и оборудования предупреждение кризисных экологических ситуаций. Контрольные вопросы и задания 9.1. Чем объясняется возникновение парникового эффекта и каковы его последствия 9.2. Почему разрушается озоновый слой Земли 9.3. Из каких источников попадают в атмосферу оксиды серы и азота У Экологический риск 447 9.4. В какие химические реакции вступает диоксид серы в атмосфере 9.5. Как называется смесь дыма, тумана и пыли Быковы экологические последствия ее присутствия в атмосферном воздухе 9.6. Какие изменения в современной гидросфере связаны с хозяйственной деятельностью человека 9.7. Оцените роль экологически оптимальных технологий в защите среды обитания организмов от загрязнения. 9.8. Что называют шумовым загрязнением Как оно влияет на здоровье людей 9.9. Каковы техногенные источники ионизирующих излучений 9.10. Какая существует зависимость между энергопотреблением и уровнем жизни людей 9.11. Каковы последствия техногенных чрезвычайных ситуаций и военных действий для экосистем планеты 9.12. С какими процессами связывают понятие глобального экологического риска ГЛАВА ПУТИ И МЕТОДЫ СОХРАНЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ БИОСФЕРЫ Стоящая перед современным человечеством задача сохранения ОС главным образом заключается в необходимости сохранения качества этой среды, привычной человеку. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ — это комплекс международных, государственных и региональных, административно-хо зяйственных, политических и общественных мероприятий по обеспечению физических, химических, биологических параметров функционирования природных систем в пределах, необходимых для здоровья и благосостояния человека. Существование Человечества без использования природных ресурсов и влияния на ОС невозможно. Иными словами выразил эту мысль русский религиозный философ С. Л. Франк I « Экологическая проповедь должна считаться с реальным состоянием человека. Поэтому важно добиться, чтобы антропогенное воздействие не превышало допустимого уровня. Основные направления совершенствования взаимоотношений Человека с Природой, призванные способствовать преодолению (исключению возникновения) глобального экологического кризиса на современном этапе НТП, описаны в данной главе. |