Общие проблемы природопользования и антропогенного преобразования биосферы
Биосфера испытывает все усиливающееся мощнейшее негативное воздействие со стороны современной промышленности и сельского хозяйства. Только в России в настоящее время функционирует около 28 тыс. предприятий, в том числе 428 металлургических, 625 химических и нефтехимических, 5 429 машиностроительных и т.д., выбрасывающих свыше 4 тыс. видов неутилизируемых химических соединений. Кроме того, на территории России эксплуатируются более 1 500 химических и биологических объектов повышенной опасности, размещаются десятки тысяч километров магистральных газо-, нефте- и продуктопроводов, транспортируются сотни тысяч взрыво- и пожароопасных продуктов и отравляющих веществ. Серьезную проблему в обществе представляют и несовершенные технологии хранения, утилизации и уничтожения оружия массового поражения. К настоящему времени в России насчитывается около 100 тыс. опасных производств и объектов. Из них около 1500 ядерных и 3 000 химических объектов обладают повышенной опасностью. Существенным загрязнителем биосферы являются и военные ведомства. Так, в одном из хозяйств Энгельсского района Саратовской области длительное время без видимых причин умирали яблони. Деревья засохли на площади 5 га в самом зените плодоношения. Причину установили после того, как взяли на анализы пробы почв погибшего сада: высокое содержание авиационного керосина. Источник загрязнения подземных грунтов и вод оказался рядом с садом — авиационная база Минобороны с двумя подземными хранилищами топлива. К сегодняшнему дню площадь загрязнения составляет уже 673,7 га. Количество нефтепродуктов, находящихся в поч-во-грунтах и подземных водах, — более 460 тыс. т. В последнее время подобные случаи в российской действительности имеют широкое распространение. Так, например, в г. Ейске Краснодарского края аналогичное саратовскому подземное «керосиновое озеро» захватило площадь 36 х 6 км. По оценкам геологов, под землей скопилось до 180 тыс. т керосина, который «разбавляет» воды Азовского моря в объеме до 50 т ежегодно. Практически любые как природные, так и техногенные процессы вызывают химические преобразования горных пород, почв, поверхностных и подземных вод, атмосферы, биоты, т.е. изменения характеристик их геохимических полей: состава и концентрации химических элементов, их соотношений, характера взаимосвязи между ними и т.д. Взаимодействие и трансформация потоков веществ, связанных с разнонаправленными природными и техногенными процессами, выражаются в конечном счете в миграции химических элементов и соединений во всех составляющих компонентах окружающей среды. Еще в 1912 г. в журнале «Природа» А.Е. Ферсман впервые обращается к проблеме геохимического воздействия человека на природные равновесия. Горы пустой породы вблизи шахт, долины, засыпанные шлаками, тысячи фабричных труб, выбрасывающих в атмосферу угольную кислоту, — все это, изученное им в промышленных районах Германии и Бельгии, дало импульс для развития нового научного направления в области исследования биосферы — геохимии техногенеза. Под техногенезом подразумевается совокупность химических и технических процессов, производимых деятельностью человека и приводящих к перераспределению масс земной коры. Техногенез есть результат геохимического воздействия промышленности на окружающую среду. В работах 30-х гг. XX в. А.Е. Ферсман указывал на огромную силу следующих процессов, преобразующих биосферу: • накопление громадных масс промышленных отходов; • рассеивание различных антропогенных продуктов (в первую очередь металлов); • загрязнение воздуха сернистым ангидридом и углекислым газом; • вынос биогенных элементов из почвы с урожаем; • вспашка как фактор взаимодействия почвенного материала с газами атмосферы; • влияние ирригации на геохимическое изменение грунтов. А.Е. Ферсман подчеркивал, что хозяйственная и промышленная деятельность человека по масштабу и значению сделалась сравнимой с процессами самой природы. Вопросы глобального изменения литосферы человеком подробно изучались и английским ученым Р. Шерлоком. Он охарактеризовал следующие процессы: • антропогенную денудацию и аккумуляцию (возникающие при горных разработках); • различные виды нарушения режима и истощения подземных вод; • создание неизвестных в природе горных пород (кирпича, стекла, фарфора, шлака и т.п.); • техногенное изменение деятельности рек, подпруживание озер и образование других видов водохранилищ; • оседание местности при понижении горизонтов подземных вод или подработке территории; • усиление или ослабление морской абразии. В принципе любая деятельность человечества обычно сопровождается загрязнением, обеднением и деградацией биосферы. Непрерывный рост городов, сокращение площадей лесов, травяного и почвенного покрова, рост выбросов твердых, жидких и газообразных отходов привели к тому, что природные объекты оказались неспособными усваивать или полностью разрушать вредные компоненты, в результате чего происходит увеличение общего загрязнения биосферы. Антропогенные изменения в той или иной мере уже охватили почти всю поверхность Земли. При этом изменяются площадь, состав и географическое размещение растительного покрова. Например, ежегодно сводится около 62 тыс. км2 лесов и 155,4 тыс. км2 подвергается деградации, а за истекшие несколько сотен лет уничтожено около 2/3 лесов, что вызвало изменение климата, активизировало поверхностный сток, эрозию, а также понижение уровня грунтовых вод и другие негативные процессы. Климатические изменения объясняются тем, что имеющаяся до уничтожения растительность фильтровала (кроны хвойных деревьев на 1 га ежегодно задерживают свыше 32 т пыли, дубовых — 56 т, а буковых — 63 т) загрязнения атмосферы и улучшала ее состояние, выделяя антисептические фитонциды (если в 1 м3 воздуха больших городах содержится около 36 000 бактерий, то в лесу — всего 490). Леса поставляют 1/3 кислорода воздуха и являются поглотителями углекислоты и токсичных газов. Они уменьшают аэрозольное помутнение на 20-40 %, увеличивают ультрафиолетовую радиацию на 15-20 % и уменьшают концентрацию выхлопных газов на 5-40 %. Расчеты показывают, что леса Земли содержат почти столько же углерода, сколько его находится в атмосфере. Один гектар леса способен выделить 10 т кислорода. За счет фотосинтеза в воздух природных лесов выделяется более 300 наименований химических веществ, ароматических соединений а эфирных масел, 1 га лиственного и хвойного лесов выделяют 2-4 кг таких веществ соответственно. Около 25 % добытой в России древесины составляет древесное топливо. Для сравнения в Индии эта величина равна 90 %, в Китае — 70 и в США — 20 %. Леса также выступают в роли регулятора температуры атмосферы и поверхностной области земной коры, смягчая климат. Поэтому в странах умеренного пояса, покрытых большими лесами, лето обычно короткое, холодное и влажное, а зима более умеренная, сухая и продолжительная. Леса способствуют накоплению влаги, усиливают инфильтрацию осадков и повышают уровень грунтовых вод. Так, леса на площади 100 тыс. м2 увеличивают питание грунтовых вод на 0,3-0,8 км3. Человечество кардинально и зачастую бесконтрольно преобразует большинство характеристик биосферы, главными из которых являются загрязнение и трансформация климата на планете. Среди многообразия антропогенных изменяющих климат факторов выделяют две основные группы, влияющие на состояние и динамику атмосферы и подстилающей поверхности. К важнейшим из них, формирующим многолетний режим погоды, относятся приход и расход солнечной энергии, атмосферная циркуляция, вертикальный тепло- и влагообмен, а также взаимодействие тепла и влаги в системе «атмосфера— подстилающая поверхность». Антропогенному воздействию наиболее подвержены прямая солнечная радиация и отражающие свойства поверхности Земли, которым и принадлежит основная роль в общем радиационном балансе. Так, загрязнение снижает исходную прозрачность атмосферы и уменьшает прямую солнечную радиацию вследствие ее поглощения аэрозольными и твердыми взвесями. В результате человеческой деятельности уменьшение прямой радиации колеблется на разных территориях в пределах от 1 до 50 % и более. В связи с этим ухудшается их освещенность и на планету поступает меньше тепла. Большая роль в аккумулировании радиации и формировании теплового режима принадлежит альбедо, т.е. отражательной способности различных поверхностей (табл. 2.1). В настоящее время альбедо Земли изменяется в направлении понижения отражательных свойств и в связи с этим на ее поверхности повышается температура. Существенными факторами понижения общего альбедо Зем- Таблица 2.1 Величина отражающей способности (альбедо) поверхности Земли Поверхность Альбедо Поверхность Альбедо Снег 85-40 Лес лиственный 20 Почва светлая (лесс, кварцевый песок) 35 Лес еловый 10-15
Вода при высоте Почва темная 15 солнца 45° 5 Трава светлая 25 15° 20 Трава темная 20 5° 55 ли служит, например, потемнение поверхности европейских и североамериканских ледников (связанное с осаждением сажи и копоти из загрязненной атмосферы), а также потемнение снежного покрова на огромных пространствах вблизи промышленных центров, снижение их альбедо составляет 40 %. Распашка новых земель, увеличение площади пахоты (альбедо свежевспа-ханной почвы — 0,5 %), лесоразведение, озеленение, обводнение территорий, урбанизация, агломерирование и другие изменения поверхности Земли сопровождаются понижением альбедо и, следовательно, глобальным повышением температуры. К факторам и условиям, повышающим температуру воздуха и грунтов, относятся: • увеличение в составе атмосферы углекислого газа, свободно пропускающего лучистую энергию Солнца, но частично задерживающего отраженные тепловые лучи; • выделение антропогенного тепла при сжигании различных видов минерального и органического топлива, а также при крупных и длительных пожарах; • поступление в атмосферу электрической, ядерной и других видов энергии; • сброс горячих и теплых вод; • повышение аккумуляции солнечного тепла поверхностями с пониженным альбедо; • увеличение площади поверхностей, выполняющих роль тепловых аккумуляторов (асфальт, каменные покрытия, железные крыши зданий и т.д.), имеющих в летнее время температуру 60 С; • осушение почв и грунтов, плотная застройка, вырубка лесов и т.д.; • выделение тепла людьми, животными и микроорганизмами. Глобальное увеличение температуры верхних оболочек Земли (приводящее к резкому исчезновению мощного ледового покрова) вызовет перераспределение гравитационных нагрузок, изменит напряженное состояние земной коры и отразится на величине угла наклона земной оси, а также скорости вращения нашей планеты. Это существенно повысит тектоническую активность планеты, усилит горообразовательные процессы, землетрясения и извержения вулканов. К антропогенным факторам и условиям, понижающим температуру, относятся: • запыление атмосферы, препятствующее проникновению солнечных лучей на поверхность; • повышение альбедо поверхностей (увеличение доли территории светлых тонов); где: Cj, С2, Сп— фактические концентрации токсиканта; ПДК1, ПДК2, ПДКП — предельно допустимые концентрации тех же веществ. Существенны экологические последствия от техногенных аварий и катастроф. Так, площадь территорий с экологически неблагоприятной ситуацией в настоящее время в 17 раз больше площади всех вместе взятых природных заповедников. Суммарная площадь территории России, на которой могут возникнуть очаги химического загрязнения, составляет около 300 тыс. км2 с населением около 54 млн чел. Основные виды аварий с наиболее тяжкими последствиями для окружающей среды — пожары, взрывы и открытые газонефтяные фонтаны, — составляют 68% всех аварий. Так, в 1994 г. в Рос- 3. Основы природопольз.: экологич.,...
• искусственное орошение и обводнение территорий; • искусственное замораживание грунтов и вод. Очень важным является и привнесение в биосферу любых новых физических, химических и биохимических компонентов, которое называют загрязнением. Оно бывает как природным, так и техногенным. Количественной мерой загрязнения биосферы может быть величина, суммирующая коэффициенты концентрации или рассеяния по отношению к фоновому уровню: где Q — отношение содержания химического элемента в оцениваемом объекте к фоновому (Cf). Однако эта оценка представляется по меньшей мере недостаточной. Необходимо ранжировать загрязняющие элементы по степени токсичности. К настоящему времени также не решены и вопросы суммарного влияния на биосферу нескольких элементов, вызывающих эффекты их антагонистического (снижающегося), синергетического (увеличивающегося) или эмерджент-ного (обусловливающего появление совершенно новых свойств) взаимодействия. Эта проблема очень остра, так как обычно в биосфере присутствуют и одновременно взаимодействуют большое количество и число химических элементов. При совместном присутствии в биосфере нескольких токсических элементов (1,2, ... , п) сумма их концентраций не должна превышать единицы при расчете по формуле (2.1) (2.2) сии было около 36 000 аварий на магистральных и внутрипромысловых трубопроводах нефти и газа, которые создали в ряде районов чрезвычайную ситуацию. Технические аварии и вызванные ими изменения окружающей среды усугубляются катастрофами природного характера. Так, вырубка лесов и мелиорация болот способствует активизации оползневых и эрозионных процессов, резко повышают вероятность и опасность наводнений и ураганных ветров. Кроме того, если содержание углекислого газа в атмосфере удвоится, то разрушительная сила ураганных ветров на всем земном шаре возрастет на 40-50 %. Человек научился синтезировать 10 млн разнообразных веществ, из которых около 100 тыс. наименований промышленно используются в хозяйстве. Широкое применение имеют 15 тыс. веществ. Более 80 % из них применяют без оценки токсичности (мутагенности и канцерогенности). В ходе своей производственной или сельскохозяйственной деятельности человек создает значительное количество отходов, накапливаемых в различных геосферах и загрязняющих биосферу пылью, газами или растворами. Поэтому загрязнение геосфер — это прежде всего проблема отходов. В биосферном понимании к отходам следует относить все, что появляется в результате деятельности человека и не включается в природные или искусственные биогеоценозы. Большую опасность для биосферы представляют отходы, полученные на основе синтеза новых веществ или привнесенные из других сфер и содержащие «чужеродные» вещества или элементы. В частности, в России ежегодно образуется около 20 млн т (без учета горной промышленности) неутилизиро-ванных токсичных отходов, которые складируются на территории предприятий или же сбрасываются (зачастую бесконтрольно) в канализационные сети, поверхностные водоемы, балки, овраги и полигоны бытовых отходов. Только в масштабах СНГ ТЭЦ, работающие на угле и торфе, выбрасывают около 70 млн т пылевидной золы и кусковых шлаков в год. За истекшее столетие на земную поверхность попало свыше 20 млрд т шлака и рассеялось в виде аэрозоля почти 3 млрд т золы. Отвалы вблизи крупной ТЭС обычно занимают 400-800 га ценных земель. Накопление громадных масс твердых отходов (—110 млн т в год) сопровождает работу 300 российских ТЭС на угле, расходуемом на эти цели в СНГ в количестве 5 млрд т/год. Высокоотходны и металлургические отрасли: ежегодно металлурги СНГ накапливают свыше 52 млн т доменных, 24 млн т сталеплавильных и 2,4 млн т ферросплавных шлаков. Так, в черной металлургии на 1 т металла приходится 0,2-1 т шлака, в цветной — уже 10-100т. Шлаки металлургических производств обычно содержат значительное количество ценных компонентов, которые зачастую не утилизируются, но всегда представляют собой мощный источник загрязнения биосферы. В составе осадков гальванического производства (130 предприятий СНГ) обнаружены высокие концентрации Zn, Sn, иногда Ag и Bi. Кларки концентрации ряда других токсичных элементов также очень высоки: Cd — п-1000, (РЬ, Си, Сг) — п-100, Ni-nl0. В машиностроении максимальное количество твердых отходов приходится на литейные цехи. Образующаяся при этом технологическая пыль, обычно содержащая повышенные концентрации Mg, W, Cr, Ni, Си и V, как правило, не утилизируется. В химической промышленности наиболее объемными отходами являются фосфогипс (613 млн т в год), пиритные огарки, галитовые отходы, Fe-купорос и др. Частично утилизируются лишь фосфогипс (9 и пиритовые огарки. В шламе от получения химических реактивов кларк концентрации Cd достигает 2 300, а РЬ — п-100. В типографских отходах кларк концентрации свинца равен 5. Несовершенство технологических процессов химической промышленности приводит к тому, что каждый год количество твердых отходов увеличивается примерно на 115 млн т. В агрохимической промышленности образуется —94 млн т твердых и 97 млн т жидких отходов. Общая площадь шламохранилищ этой отрасли составляет в настоящее время примерно 10 тыс. га. Коммунальные н бытовые твердые отходы (включающие городской мусор и осадки очистных сооружений) по объему сопоставимы с промышленными. Так, промышленные и бытовые отходы только городского сектора ежегодно составляют более 3,5 млрд т, сточные воды — 500 км3, выбросы газов и аэрозолей — 1 млрд т. Их количество оценивается в СНГ величиной 0,15-0,3 млн т/год. Из них 124 млн м3 вывозится на свалки, а остальной мусор уничтожается и сжигается на специальных заводах. Высокотоксич-. ными являются и осадки очистных сооружений, величина которых в СНГ достигает 6-7 млн т/год. В 1998 г. на очистные сооружения г. Владикавказа поступило 91,9 млн м3 сточных вод, из которых после очистки сброшено в водные объекты нормативно очищенными 80,17 млн м3, недостаточно очищенными — 10,95 млн м3 и 0,34 млн м3 без очистки (табл. 2.2). Каждый регион Российской Федерации испытывает техногенную нагрузку от своих источников загрязнения, во многом специфических и не похожих на источники других, даже расположенных рядом, загрязнителей. Таблица 2.2 Водопотребление и водоотведение в коммунальном хозяйстве Наименование показателей 1997 г. 1998 г. Забрано воды, млн м3 135,7 131,2 Использовано воды, млн м3 90,2 111,5 в т.ч. на производственные нужды 19,9 25,3 Водоотведение в водные объекты, млн м3 90,0 91,9 из них загрязненные 11,16 11,29 в т. ч. без очистки 0,11 0,34 недостаточно очищенные 10,95 10,95 нормативно очищенные 78,84 80,17
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Общие проблемы природопользования и антропогенного преобразования биосферы» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
и пиритовые огарки. В шламе от получения химических реактивов кларк концентрации Cd достигает 2 300, а РЬ — п-100. В типографских отходах кларк концентрации свинца равен 5. Несовершенство технологических процессов химической промышленности приводит к тому, что каждый год количество твердых отходов увеличивается примерно на 115 млн т. В агрохимической промышленности образуется —94 млн т твердых и 97 млн т жидких отходов. Общая площадь шламохранилищ этой отрасли составляет в настоящее время примерно 10 тыс. га. 