Учебное пособие. Учебное пособие по экологии по проф. 15.01.05. Учебное пособие 2019 Хрулева Е. В. Гбпоу во хлк им. Г. Ф. Морозова
 Скачать 2.49 Mb.
|
|
Тема 1.4 ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ Экологическая проблема — это изменение природной среды в результате антропогенных (воздействие человека) или естественных (стихийные бедствия, изменения климата и т.д.) причин, негативно влияющее на жизнь и деятельность человека. Существуют различные классификации экологических проблем: ■ по компонентам окружающей среды: атмосферные, водные, геологические, почвенные, биологические и др.; ■ по пространственному охвату территории: локальные, региональные, глобальные; ■ по причине возникновения: эколого-промышленные, экологотранспортные, эколого-ирригационные, эколого-гидротехнические и др.; ■ по остроте: неострая, умеренно острая, острая, очень острая; ■ по сложности: простые, сложные, очень сложные; ■ по решаемости: решаемые, трудно решаемые, практически не решаемые; ■ по времени: кратковременные, длительные, практически не исчезающие; ■ по зонально-региональному различию: проблемы тундры, тайги, пустынь, гор, Крайнего Севера, Юга России и т.д. ■ по обратимости: обратимые (кризисы) и необратимые (катастрофы) и т.д. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИЗИСЫ И КАТАСТРОФЫ Несбалансированные взаимоотношения общества и природы, то есть нерациональное природопользование, часто приводят к экологическому кризису и даже экологической катастрофе. Экологический кризис (чрезвычайная экологическая ситуация) - экологическое неблагополучие, характеризующееся устойчивыми отрицательными изменениями окружающей среды и представляющее угрозу для здоровья людей. Это напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, обусловленное несоответствием размеров производственно-хозяйственной деятельности человека ресурсно-экологическим возможностям биосферы. Экологический кризис характеризуется нс столько усилением воздействия человека на природу, сколько резким увеличением влияния измененной людьми природы на общественное развитие. Экологическая катастрофа (экологическое бедствие) - экологическое неблагополучие, характеризующееся глубокими необратимыми изменениями окружающей среды и существенным ухудшением здоровья населения. Это природная аномалия, нередко возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остро неблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона. Принципиальным является следующее различие между экологическим кризисом и экологической катастрофой: кризис - обратимое явление, в котором человек выступает активно действующей стороной, катастрофа - необратимое явление, здесь человек уже лишь пассивная, страдающая сторона. Экологический кризис и экологическая катастрофа в зависимости от масштаба могут быть локальными, региональными и глобальными. 50 ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ: ПРИЧИНЫ И ПУТИ РЕШЕНИЯ В настоящее время истощение природных ресурсов, загрязнение окружающей среды и нарушение экологического равновесия приобрело глобальные масштабы. Природа не знает государственных границ, она всеобща и едина. Все основные экологические проблемы человечества, такие как глобальное изменение климата, парниковый эффект, разрушение озонового экрана, сведение лесов, деградация почв, снижение биологического разнообразия биосферы и т.д., носят глобальный характер. Избежать перерастания глобального экологического кризиса в катастрофу возможно только общими усилиями всего человечества. Глобальные проблемы (франц, global - всеобщий, от лат. globus - земной шар) - это совокупность социально-природных проблем, от решения которых зависит социальный прогресс человечества и сохранение цивилизации. Критерии выделения глобальных проблем: ■ повсеместное их распространение затрагивает человечество в целом; ■ неразрешение данных проблем может привести к гибели все человечество; ■ разрешить их возможно только совместными усилиями человечества, то есть они не могут быть полностью разрешены в рамках отдельного государства или региона. Классификация глобальных проблем следующая. 1. Возможность уничтожения человечества в мировой термоядерной войне. 2. Возможность всемирной экологической катастрофы. 3. Духовно-нравственный кризис человечества. Классификация причин возникновения глобальных проблем следующая. 1. Интерсоциальные - проблемы, связанные с отношениями между основными социальными общностями человечества, то есть между группами государств. Например, предотвращение войны и обеспечение мира, установление справедливого международного экономического порядка. 2. Экологические - проблемы, порожденные взаимодействием общества и природы. Например, истощение природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, устойчивость биосферы. 3. Духовно-нравственные - проблемы, связанные с системой «человек-общество». Они непосредственно касаются отдельного человека и зависят от способности общества предоставить реальные возможности для развития личности. Основные причины глобальных экологических проблем - перенаселение и перепотребление, и как следствие, истощение природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, деградация экосистем. Основные глобальные экологические проблемы современности: ■ изменение климата (парниковый эффект); ■ разрушение озонового слоя; ■ кислотные дожди; ■ эвтрофикация вод; ■ смог; ■ деградация земель; ■ деградация растительного покрова; ■ сокращение биоразнообразия и др. 51 Глобальное управление. Человек научился управлять процессами в рамках государств, организаций, корпораций, наций, религиозных общин, городов и т.д. Но у мирового сообщества нет структур, которые могли бы принимать решения и эффективно действовать по вопросам общемирового значения. Парниковый эффект и глобальное потепление климата. Парниковый (тепличный, оранжерейный) эффект — разогрев нижних слоев атмосферы вследствие способности атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать длинноволновое тепловое излучение земной поверхности (рис. 21). Рис. 21. Механизм формирования парникового эффекта Парниковые газы — газы с высокой прозрачностью в видимом диапазоне и с высоким поглощением в дальнем инфракрасном диапазоне. К ним относятся диоксид углерода, метан, оксида азот, фреоны и др. Разные газы обладают разной парниковой активностью. Потенциал глобального потепления (ПГП) - коэффициент, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление. Эффект от выброса оценивается за определенный промежуток времени. В качестве эталонного газа взят диоксид углерода, чей ПГП принят за 1. Вклад парниковых газов в парниковый эффект зависит не только от их парниковой активности, но и от их количества в атмосфере. Так, основным парниковым газом в атмосферах Венеры и Марса является диоксид углерода, а в атмосфере Земли - водяной пар. Водяной пар задерживает около 60% теплового излучения Земли, углекислый газ - до 26%. В отсутствие атмосферы средняя температура земной поверхности была бы -23 °C, а в действительности она составляет + 15 °C. За последние 50 лет содержание углекислого газа в атмосфере возросло с 0,027 до 0,036%. Это привело к повышению среднегодовой температуры на планете на 0,6 °C. При этом фактическое потепление идет быстрее, чем расчетное. Существуют климатические модели, согласно которым рост температуры до конца XXI в. на основе моделей составит 1,1-2,9 °C для минимального сценария эмиссии; 2,4-6,4 °C для сценария максимальной эмиссии. Сегодня человечеству очень важно ответить на вопрос: «Является современное 52 потепление естественным природным процессом или это следствие хозяйственной деятельности человека?». Intergovernmental Paneion Climate Change (IPCC,русское - Межправительственная группа экспертов по изменению климата, МГЭИК) - организация, созданная для оценки риска глобального изменения климата, вызванного техногенными факторами (деятельностью человека) в своем пятом докладе в 2013 г. указывает следующее: «Очень вероятно (95-100%), что человеческая деятельность является основной причиной наблюдающегося потепления начиная с середины XX столетия». Отрицательные для человечества последствия глобального потепления: ■ повышение уровня Мирового океана в результате таяния материковых и морских льдов и теплового расширения океана ведет к затоплению приморских равнин, усилению абразионных процессов, ухудшению водоснабжения приморских городов, деградации мангровой растительности и т.д.; ■ таяние вечной мерзлоты вызывает разрушение инфраструктуры: дорог, строений, коммуникаций, активизирует процессы заболачивания, термокарста и т.д.; ■ увеличение числа экстремальных (неблагоприятных) погодных явлений (наводнений, засух, ураганов и т.д.) наносит существенный экономический и экологический ущерб; ■ расширение ареалов болезней и вредителей; ■ сокращение биоразнообразия: при потеплении выше 2 °C до 40% видов может оказаться под угрозой исчезновения; ■ усиление аридности климата ряда территорий. Однако возможно как увеличение влажности климата тех или иных территорий, так и снижение. Положительные для человечества последствия глобального потепления: ■ улучшение продуктивности сельского хозяйства и природных экосистем. Повышение концентрации углекислого газа увеличит интенсивность фотосинтеза, а значит, продуктивность диких и культурных растений. Положительный эффект может быть нивелирован ростом числа опасных погодных явлений; ■ сокращение длины отопительного сезона; ■ развитие навигации по Северному морскому пути (вследствие таяния льдов в Северном Ледовитом океане); ■ возрастание влажности климата аридных зон. Повышение температуры ведет к увеличению испарения с поверхности океана. Однако возможно как увеличение влажности климата тех или иных территорий, так и снижение. Разрушение «озонового слоя». Озоновый слой (озоносфера) - слой атмосферы с наибольшей концентрацией озона (О 3 ) на высоте 20- 25 км (в тропических широтах – 25-30, в умеренных – 20-25, в полярных – 15-20 км). В атмосфере озон образуется из кислорода под действием ультрафиолетового излучения. Содержащееся в озоновом слое количество озона невелико: в приземных условиях атмосферы (при давлении 760 мм и температуре +20 ° С) он образовал бы слой толщиной всего 3 мм (это соответствует 300 единицам Добсона, или 300 х 2,69 х Ю 16 молекул озона на квадратный сантиметр поверхности Земли). Озоновый слой поглощает от 97 до 99% солнечного излучения в области длин волн от 200 до 315 нм. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (стимуляция роста и развития клеток, бактерицидное действие, синтез витамина D и т.д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать раковые заболевания и мутации. Истощение озонового слоя в атмосфере Земли приводит к увеличению потока ультрафиолетовых лучей на земную поверхность. «Озоновая дыра» - значительное пространство в озоносфере планеты с заметно пониженным (менее 220 единиц Добсона) содержанием озона. Наиболее крупная озоновая 53 дыра диаметром свыше 1000 км расположена над Антарктидой. Она была обнаружена в 1985 г. В Арктике имеется озоновая дыра меньших размеров. Тот факт, что озоновые дыры наибольших размеров расположены над полюсами, объясняется отсутствием образования озона во время полярных ночей. Считается, что основной причиной возникновения «озоновых дыр» является значительное содержание в атмосфере фреонов. Фреоны (хлор- фторуглероды) - высоколетучие, химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладоагентов (холодильники, кондиционеры, рефрижераторы), пенообразователей и распылителей (аэрозольные упаковки). Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образованием окиси хлора, интенсивно разрушающей озон. Были приняты два важных международных соглашения об охране озонового слоя: Венская конвенция об охране озонового слоя (1985) и Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой (1987). Согласно имеющимся прогнозам, озоновый слой Земли полностью восстановится примерно к 2050 г. Согласно другой гипотезе, образование «озоновых дыр» может быть обусловлено в основном естественными причинами и мало зависит от деятельности человека. Кислотные дожди. Кислотный дождь - дождь или снег, подкисленный до pH < 5,6 из-за растворения в атмосферной влаге антропогенных выбросов (оксиды серы, оксиды азота, хлороводород, сероводород и др.). Отрицательное воздействие кислотных дождей на растительность проявляется как в прямом биоцидном воздействии, так и в косвенном через снижение pH почв. Выпадение кислотных дождей приводит к ухудшению состояния и гибели целых лесных массивов, а также снижению урожайности многих сельскохозяйственных культур. Кроме того, отрицательное воздействие кислотных дождей проявляется в закислении пресноводных водоемов. Снижение pH воды вызывает сокращение запасов промысловой рыбы, деградацию многих видов организмов и всей водной экосистемы, а иногда и полную биологическую гибель водоема. Кислотные дожди разрушают здания, памятники культуры, трубопроводы, мосты, автомобили и т.д. Негативные последствия кислотных дождей зафиксированы в США. Европе, Австралии, России, Китае, Индии и других странах. Смог - ядовитая смесь дыма, тумана и пыли. Различают два типа смога: лондонский и лос-анджелесский. Лондонский (зимний) смог образуется зимой в крупных промышленных центрах при неблагоприятных погодных условиях: отсутствии ветра и температурной инверсии. Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой (в слое 300-400 м) вместо обычного понижения. В результате дым и загрязняющие вещества (пыль, оксиды серы и углерода) не могут подняться вверх и рассеяться, а образуют туманную завесу. Лос-анджелесский (летний, фотохимический) смог возникает летом также при отсутствии ветра и температурной инверсии, но обязательно в солнечную погоду. Он образуется при воздействии солнечной радиации на оксиды азота и углеводороды, поступающие в воздух в составе выхлопных газов автомобилей и выбросов предприятий. В результате образуются высокотоксичные загрязнители - фотооксиданты, состоящие из озона, органических пероксидов, пероксида водорода, альдегидов и т.д. Смог вызывает обострение респираторных заболеваний, раздражение глаз, ухудшение физического состояния и т.д. вплоть до летального исхода. В 1952 году в 54 Лондоне от смога за две недели погибло более 4000 человек, еще 8000 человек погибло в последующие несколько месяцев. Рассеять смог может только ветер, а бороться с ним можно пнем сокращения выбросов загрязнителей в атмосферу. НОВЫЕ РИСКИ (ПРОБЛЕМЫ БУДУЩЕГО) В последнее время, помимо таких глобальных угроз, как изменение климата, ядерная война, пандемии, метеоритная опасность, стали все чаще называть «новые риски» для человечества, такие как геоинженерия, синтетическая биология, искусственный интеллект и др. Геоинженерия (реинжиниринг) - комплекс мер и воздействий, направленных на активное изменение климатических условий в локальном регионе Земли либо по всей планете с целью противодействия нежелательному изменению климата и получения наиболее комфортных условий проживания и экономической деятельности на большей части планеты. Перспективы геоинженерии. 1. Управление солнечным излучением - поиск технологий уменьшения количества солнечного излучения, достигающего поверхность Земли. При этом содержание углекислого газа в атмосфере не снижается. Проекты: ■ распрыскивание аэрозолей, в частности диоксида серы, в стратосфере для снижения проникновения солнечного излучения через атмосферу к поверхности Земли. Для полной компенсации потепления, вызванного деятельностью человека, по предварительным расчетам потребуется каждый год рассеивать в атмосфере Земли около 5 Мт двуокиси серы; ■ увеличение плотности облаков путем впрыскивания в атмосферу морской воды. Чтобы нивелировать весь парниковый эффект от деятельности человека достаточно увеличения облачности на 3%. Для этого необходимо отправить в свободное плавание 1500 судов, которые, используя энергию ветра, будут распылять в атмосфере 50 м 3 воды в секунду; ■ вывод на околоземную орбиту зеркал, отражающих часть солнечного света. Для компенсации потепления надо вывести на орбиту Земли зеркало площадью с Гренландию. Либо триллионы зеркал размером около 60 см. На их производство потребуется 20 млн т металла и 800 000 пусков американского шатла, который за один пуск может вывести на орбиту только 25 т груза; ■ использование «прохладных крыш» на зданиях и сооружениях, отражающих солнечное излучение. 2. Снижение концентрации парниковых газов. Поиск технологий снижения концентрации парниковых газов в атмосфере либо путем непосредственного удаления парниковых газов из атмосферы, либо созданием процессов, способствующих их естественному удалению. Проекты: ■ газоочистка воздуха с целью удаления из него углекислого газа путем связывания, например щелочными веществами, и последующее захоронение; ■ стимуляция фотосинтеза у фитопланктона путем насыщения океана ионами железа; ■ производство биоугля путем пиролиза растительной биомассы с последующим его 55 захоронением; ■ связывание углекислого газа в биомассу почв и растений, прежде всего в аридных зонах; ■ ускорение связывания углекислого газа в карбонаты силикатами горных пород. 3. Арктическая геоинженерия. Поиск технологий уменьшения скорости таяния льдов в Арктике. Льды Арктики служат большим «зеркалом», отражающим излучение Солнца, а также удерживают большое количество метана, являющегося парниковым газом. Проекты: ■ распыление пресной воды над Арктикой для создания мощного поверхностного слоя льда, гак как морская вода менее склонна к замерзанию; ■ распыление аэрозолей над Арктикой. Риски геоинженерии: ■ неэффективность проектов: затраты могут превзойти положительный эффект. Например, при насыщении океана ионами железа степень снижения объемов углекислого газа может оказаться меньше, чем ожидается, так как при интенсификации фотосинтеза также будет увеличиваться количество отмершего планктона; ■ неоднозначность последствий: отрицательные последствия могут превзойти положительные. Например, технологии, нацеленные на тепловой контроль планеты, но при этом не решающие проблему уменьшения содержания углекислого газа в атмосфере, могут привести к другим процессам, таким как закисление океана; ■ непредсказуемость последствий. В настоящее время не существует надежных и относительно точных способов моделирования климата и экологической среды на долгосрочный период, способных учитывать влияние всех факторов. Синтетическая биология (англ, synthetic biology') - новое научное направление в биологии, занимающееся проектированием и созданием биологических систем с заданными свойствами и функциями, которые не имеют аналогов в природе. Синтетическая биология развивает генную инженерию, переходя от перемещения нескольких генов между организмами к созданию искусственного генома. Перспективы. Получение биотоплива из водорослей, бактериального электричества, диагностических препаратов, синтетических вакцин, бактериофагов и пробиотиков для борьбы с инфекциями, повышения продуктивности и устойчивости культивируемых растений и животных. Риски. Непредсказуемы последствия искусственной эволюции, ускоренной в миллионы раз в отличие от эволюции естественной. Искусственный интеллект (ИИ, англ. Artificial intelligence, Al- наука и технология создания интеллектуальных машин. Риски. Будущий сверхчеловеческий ИИ может создать проблемы глобального риска, если его не запрограммировать на дружественность к человеку. Законы робототехники Азимова небезопасны, поскольку, например, могут побудить ИИ захватить власть на Земле, чтобы «защитить» людей от вреда. Контрольные вопросы и задания 1. Что такое экологическая проблема? 2. В чем принципиальная разница между экологическим кризисом и экологической катастрофой? 3. Охарактеризуйте основные экологические кризисы в истории человечества. 4. Каковы критерии выделения глобальных проблем? 5. В чем причины возникновения глобальных проблем? 56 6. Назовите основные глобальные экологические проблемы современности. 7. Осветите причины, негативные последствия и пути предотвращения развития парникового эффекта. 8. Осветите причины, негативные последствия и пути предотвращения разрушения «озонового слоя». 9. Осветите причины, негативные последствия и пути предотвращения формирования смога. 10. Осветите причины, негативные последствия и пути предотвращения кислотных дождей. 11. Охарактеризуйте «новые риски» человечества. В чем их перспективы и угрозы? |