Николаев А.С. Экология учебное пособие

та», был осуществлен членами секты «Аум Синрике». Потенциальными статистами этого акта едва не стали все жители Японии. Доступность производства зарина подтверждается тем, что секта «Аум Синрике» использовала знания и практику старшего лейтенанта японской армии.

В 1993 году разработана «Международная Конвенция о запрещении разработки и применения химического оружия».

Человечество всегда изощренно разрабатывало новые методы массового уничтожения себя, но истинных высот в этом оно достигло сейчас, разработав биологическое оружие и его новую разновидность – генетическое оружие, которое создают в наиболее развитых странах, например, в США. Также разработки биологического оружия осуществлялись в Иране, Ираке, Ливии, Сирии, в Северной и Южной Корее, в Тайване, Израиле, Египте, Китае и других. Базисом биологического оружия являются особые виды бактерий и вирусов, формы мутантные по механизму действия, а также комплекс средств воздействия на генетический код человека. В последние годы генетики обнаружили гены, определяющие эмоциональное поведение человека, его интеллектуальные способности и память, программирующие наступление биологической смерти и склонность к наркотикам и алкоголю. Призрак биологической войны, который в 90-х годах ХХ столетия проявился в ходе боевых действий в Персидском заливе, упрочил решимость мирового сообщества ужесточить контроль над

111

возможным применением биологического и токсического оружия.

Загрязнение окружающей среды неизбежно сопровождает технический прогресс при росте численности населения. Мировой общественный продукт в период с 1950 по 1990 год вырос в 5 раз [15], что, несомненно, ухудшило экологическое состояние биосферы, поскольку при современных технологиях пропорционален и количественный рост загрязнений. Глобальное загрязнение биосферы приводит к увеличению генетического груза в популяции человека, связанному с мутационными эффектами ряда химических соединений (пестицидов, металлов, органических соединений и т.п.) и радиации [3]. Иными словами возрастет число мутаций в популяции человека. Выявление влияния факторов окружающей среды на геном человека – актуальная проблема экологии человека [3]. Геном – совокупность генов, которые характеризуют данный биологический вид, а не отдельные особи. В самом общем представлении: набор всех генов, характеризующих данную особь – это генотип. Важно проанализировать пути возможных деградаций биологического вида Homo Sapiens в целях его сохранения.

К сожалению, почти все процессы горения, или воспламенения, сопровождаются выделением канцерогенного вещества – бенз(а)пирена, коптим ли мы мясо, жарим пирожки, курим. Синтез его происходит при перегонке угля, нефти, сланцев, при сгорании топлива в отопительных системах, двигателях внутреннего

112

сгорания автомобилей, при сжигании бытовых отходов и т.д. При несоблюдении требуемого режима горения бытовых отходов образуется и другое, вызывающее рак вещество – диоксин. Недопустимо сжигание бытового или промышленного мусора (отходов) на дачных участках, на пустырях, в городских скверах и дворах. Мусор необходимо транспортировать на специализированные предприятия по переработке отходов или полигоны захоронения отходов.

Химические формулы бенз(а)пирена и диоксина.

бенз(а)пирен

Последствиями загрязнения окружающей среды являются и такие глобальные эффекты, приводящие подчас к пагубным для жизни последствиям, как:

-кислотные дожди;

-уменьшение содержания стратосферного озона;

113

- парниковый эффект.

О механизме формирования кислотных дождей мы упоминали ранее, сейчас кратко обсудим их экологические последствия. Кислотность среды количественно оценивают по численным значениям водородного показателя, рН.

где СН + - концентрация ионов водорода (Н+), измеряемая в единицах: моль/л.

Для нейтральной среды рН=7 или СН + =10-7 моль/л.

Если рН<7 – среда кислая, если рН>7 – щелочная. Кислотные дожди отрицательно воздействуют на почвы, в

частности при снижении рН ниже 5,0 начинается уменьшение их плодородия, а при рН=3,0, почвы становятся практически бесплодными. Особенно чувствительны к повышению кислотности обитатели водоемов. В пресноводных озерах, ручьях и прудах рН воды обычно составляет 6-7, и организмы адаптированы именно к этому уровню. Когда среда подкислена, яйцеклетки, сперма и молодь водных обитателей погибают.

В [8] приведена следующая информация: при рН<6,0 гибнут раки, улитки, моллюски; при рН<5,8 гибнут лосось, форель, плотва, а также некоторые представители насекомых, фито- и зоопланктона, при рН<5,7 гибнут сиг и хариус; при рН<5,2 гибнут окунь и щука; а при рН<4,5 гибнут угорь и голец.

Ущерб не ограничивается постепенной (на первом этапе взрослые особи живы, но не молоди) гибелью водных организ-

114

мов. Многие пищевые цепи, охватывающие почти всех диких животных, начинаются в водоемах. Прежде всего, сокращается популяция птиц, питающихся рыбой или насекомыми, личинки которых развиваются в водной среде.

Кислотные осадки вызывают деградацию лесов. Попадая на листья и хвою деревьев, они нарушают защитный восковой покров, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных организмов. Леса поражают насекомыевредители, болезнетворные микроорганизмы. Во время засух через поврежденные листья испаряется больше воды, что приводит к истощению растения в целом.

На высотах 20-25 км, в стратосфере, имеет место повышенная концентрация озона (О3), который защищает наземные организмы от губительного жесткого ультрафиолетового излучения Солнца в полосе от 220 до 290 нм [5]. Озоновый слой появился вместе с появлением в земной атмосфере кислорода, за счет диссоциации (распада) его молекул на атомарный кислород (О2 → О + О). Озона в атмосфере очень мало, всего 4·10-7 об. %. Если собрать весь озон атмосферы в один слой и опустить его на поверхность Земли, то толщина такого слоя, при нормальных условиях (при температуре 0оС и давлении 760 мм рт.ст.), составит всего лишь 3 мм. Однако это количество озона полностью поглощает, вследствие химических и физических особенностей, всю энергию ультрафиолетовой радиации солнца, вплоть до 290

115

нм. Кроме того, озон поглощает инфракрасное излучение Земли, препятствуя ее охлаждению.

Отметим, что в небольших дозах ультрафиолетовое облучение, при длине волны: 280-400 нм; для человека, животных и растений благоприятно: способствует выработке в организме человека и животных витамина D3 [5], регулирующего процесс кальциевого обмена. Более энергичное коротковолновое излучение, при длине волны короче 280 нм, оказывает противоположное действие. Резко увеличивается число заболеваний раком кожи, а также поражение сетчатки глаз у людей и некоторых высших животных. Биологи предсказывают резкое увеличение мутаций как фауны, так и флоры, включая сельскохозяйственные культуры растений и породы домашних животных. Под влиянием этих лучей происходит распад важнейших частей клетки. В ней формируются вещества, блокирующие процессы воспроизводства ДНК и синтез РНК. Особенно сильно отреагируют на излучение с длинной волны менее 280 нм простые организмы (бактерии, планктон), что приведет к плохо пока предсказуемым последствиям для всех представителей биосферы, ведь они являются основанием экологической пирамиды.

Заметные изменения (в частоте заболеваний, вероятности мутации) должны начаться уже при длительном и глобальном уменьшении содержания озона даже на несколько процентов [17]. «Утоньшение» слоя озона даже на 1% может увеличить интенсивность эффективного излучения, приводящего к заболева-

116

ниям раком кожи людей; уменьшение на 1,5-2,5% может вызвать рост числа таких заболеваний на 10-20% [17].

Механизм «защитной работы» озона можно проиллюстрировать схемой:

О3 + hν = О2 + О О2 + hν = 2О

О2 + О + М = О3 + М

Где hν – энергия фотона ультрафиолетового излучения, затраченная на разрушение О3 и тем самым поглощенная озоном; М – любая частица, присутствующая в системе и необходимая для отвода энергии от образующейся молекулы О3.

Неблагоприятные затраты озона характеризует уравнение:

О3 + А = АО + О2

Где А – агент, получившийся в результате деятельности людей, например: NO (полученный при сгорании топлива); Cl (образующийся при распаде фреонов).

Отразим сказанное в рисунке (рис.3.3.).

Излучение Солнца

20÷50 А

117

Рис. 3.3. Схема затрат стратосферного озона

hνуф – энергия ультрафиолетового излучения, преимущественно с длиной волны менее 280 нм.

Влитературе употребляют термин «озоновые дыры», который означает, что в данном месте атмосферы содержание стратосферного озона понижено на 10-50 % и более, по сравнению с многолетней нормой.

По данным [8] всего в мире производится около 1,3.106 т озоноразрушающих веществ. Установлено, что выбросы сверхзвуковых самолетов могут привести к разрушению 10 % озонового слоя атмосферы, один запуск космического корабля типа «Шаттл» приводит к «гашению» около 107 т озона [8], также велика роль в уменьшении стратосферного озона фреонов (хлорфторуглеродов) [9].

В2000 г исполнилось 15 лет со времени принятия Конвенции по защите озонового слоя от воздействия антропогенных выбросов фреонов. США и Россия осуществляют совместные работы в направлении уменьшения скорости разрушения озона в стратосфере и его формированию (методы электромагнитного излучения, электрических разрядов, лазерного излучения) [9].

Парниковый эффект обусловлен наличием в атмосфере таких антропогенных примесей, как диоксид углерода, метан, оксиды азота, озон, фреоны. Они пропускают солнечные лучи, но препятствуют длинноволновому излучению с земной поверхно-

118

сти. Механизм получения парникового эффекта иллюстрирует рис.3.4.

Солнечные лучи (световая энергия)

Рис. 3.4. Парниковый эффект

Пояснения к рис.3.4: Н2О – пары воды; СО2 – диоксид углерода; СН4 – метан; NO – оксид азота (II); NO2 – оксид азота (IV); ИК – лучи – тепловое длинноволновое инфракрасное излучение (длина волны: 760-1300 нм); t↑ - повышение температуры.

Увеличение температуры и влажности в замкнутом пространстве парника (теплицы) связано с тем, что прозрачное покрытие (стекло, полиэтилен и др.) пропускает солнечные лучи, но оно не проницаемо для длинноволновых тепловых излучений и водяного пара. Аналогичным «изолятором» являются и «парниковые» антропогенные газы, что обусловливает постепенное потепление климата на Земле.

Солнечные лучи, падающие на Землю трансформируются: 30% их отражается в космическое пространство, остальные 70%

119

поглощаются поверхностью суши и океанов [29]. Поглощенная энергия солнечного излучения в основном преобразуется в теплоту, направленную обратно в космос в виде инфракрасных лучей. Но атмосфера, содержащая пары воды, диоксид углерода и другие газы (см. рис.3.4) не пропускает инфракрасные лучи, благодаря чему воздух нагревается. Парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия поверхности Земли в парнике.

Естественный парниковый эффект создает прирост средней температуры Земли на 30оС [29]. Если бы парникового эффекта не было, то средняя температура Земли, составляющая сейчас 15оС, понизилась бы до -15оС. Земля была бы покрыта льдом. И, наоборот, увеличение содержания «парниковых» газов приводит

квозрастанию среднегодовой температуры.

Вприродной среде содержание СО2, основного «парникового» газа, регулируется биоценозами так, что его поступление равно удалению. В настоящее время люди нарушают это равновесие. В результате сгорания топлива, прежде всего ископае-

мого, в атмосферу поступают дополнительные порции СО2, ежегодно более 9·109 т [9]. Именно этот процесс рассматривают как

тенденцию, которая может привести к глобальному потеплению климата.

Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере привело к тому, что по сравнению с доиндустриальным периодом (концом 19 века) средняя глобальная температура повысилась на 0,6оС, а к 2020 г. – может повыситься еще на 2,2÷2,5оС,

120