Введение

Еще недавно доминирование человека над природными процессами распространялось на техносферу и прилегающую к ней территорию и концентрировалось вокруг населенных пунктов и антропогенных объектов. В настоящее время антропогенное воздействие на природные объекты сказывается в глобальном масштабе, и изменения, происходящие в окружающей среде, охватывают по масштабам всю планету в целом, и во многих случаях это воздействие играет решающую роль в преобразовании окружающей среды, при этом не в лучшую сторону.

Лишь на одной трети суши сохранилась нетронутая дикая природа. Всё остальное — возделываемые земли, пастбища, подвергаемый систематическим рубкам лес, дороги, города и промышленные территории. В дальнейшем, с развитием экономики и ростом мирового населения, будут освоены и последние территории естественной биоты. И тогда ещё уцелевшие девственные леса превратятся в лесные и агрономические плантации, а осушенные болота — в сельскохозяйственные угодья и промышленные площадки.

Лесные пожары, вызванные человеком, изменяют химию тропосферы. В последние годы почти ежегодно в Африке и Южной Америке, в Индонезии и во всей Юго-Восточной Азии из-за лесных пожаров стал обычным смог, ранее характерный только для больших городов, где много промышленных предприятий и автотранспорта.

Лесные пожары летом 2010 года в России, в более чем 80% случаев вызванные антропогенными факторами, не только создавали завесы из смога на огромных территориях и сжигали целые деревни, причиняя вред населению страны, но повредили и уничтожили ценные деревья в лесах, пагубно влияя на возобновление экоресурсов. На местах гарей только через два-три года появляются травянистые растения иван-чай и малина, которые растут на пепелищах, до возникновения подлеска пройдет не менее пяти лет, а первыми появившимся здесь деревом станет береза или осина. При лесных пожарах наиболее уязвимыми являются лиственные породы, такие, как дуб, липа, ясень. Если пожар произошел в еловом лесу, то ель выгорает полностью и уже не восстанавливается, а сосна подвержена как верховым, так и низовым пожарам, при этом повреждается корневая система или выгорает крона. При низовом пожаре выгорает подрост, остаются старые деревья, что ведет к старению леса и его деградации как экосистемы.

Повторение подобных катаклизмов в течение ряда лет влияет на связь процессов переноса на сушу океанской влаги и влагообмена с лесными массивами. Механизм такого переноса, основанный на действии известных физических законов, получил название лесной биотический насос атмосферной влаги (рис. 1.1).

а) б)

Рис. 1.1. Схема перераспределения потоков воздушных масс при отсутствии лесов (а) и наличии их на поверхности суши (б)

Около 60 процентов человечества живут не далее ста километров от берега моря. Между тем прибрежные районы моря - самые продуктивные, наиболее насыщенные жизнью. В целом человек использует около 8 процентов биомассы, ежегодно производимой морем. Но в некоторых, особенно богатых рыбой, районах эта доля доходит до 25 процентов, а у берегов Европы и Северной Америки - до 35 процентов. Сейчас уничтожено около половины мангровых зарослей мира - прибрежных тропических джунглей, которые были родным домом для множества видов животных, защищали берег от размывания прибоем и очищали прибрежную воду. Получило развитие массовое размножение в море ядовитых водорослей, которые убивают рыбу и делают устриц, мидий и других съедобных моллюсков опасными для человека. Это явление говорит о глубоком нарушении естественного природного баланса в экологических системах.

Особое беспокойство вызывает массовое загрязнение водных объектов продуктами сбросов в них неочищенных промышленных и бытовых вод, а также разливами нефтепродуктов при их добыче и транспортировке.

За последние 15-20 лет резко возросли объемы отходов производства и потребления, населенные пункты и их окрестности завалены мусором, растет количество несанкционированных свалок. Если раньше в сельской местности не было проблемы с отходами, куда их утилизировать, то сейчас, с ростом объемов упаковочного материала и притоком в сельскую местность отдыхающих из городов, эта проблема обострилась до глобального масштаба. По данным дистанционного зондирования Земли с космических спутников отмечены образовавшиеся в Тихом океане огромные острова из бытового мусора, площадью превышающие десятки км², а биологами зафиксированы случаи гибели гигантских морских черепах, заглотивших пластик и погибших от голода или отравления.

22 апреля 2010 года огромное нефтяное пятно образовалось у побережья американского штата Луизиана после 36-часового пожара и затопления буровой установки Deepwater Horizon в Мексиканском заливе, последовавшего вслед за мощным взрывом, унесшим жизни 11 человек. В результате аварии ежедневно до ликвидации разлива в Мексиканский залив выливалось до 5 тысяч баррелей нефти. Пятно распространялось по всему побережью, в том числе в районе обитания множества видов птиц и морских животных. Последствия данной аварии будут сказываться ни один год.

Экологические последствия разливов нефтепродуктов носят трудно учитываемый характер, поскольку нефтяное загрязнение нарушает многие естественные процессы и взаимосвязи, существенно изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе.

Но наиболее всепроникающее влияние человек оказывает на биосферу через выбросы загрязняющих веществ в воздух. Загрязняющие вещества, попадающие в атмосферу, переносятся воздушными потоками на огромные расстояния, как это было в 1986 году в результате чернобыльской катастрофы, вступают во взаимодействие с водяными парами, содержащимися в воздухе, и выпадают вместе с ними в виде кислотных дождей и других загрязнений.

В 1957 году американские ученые начали измерять содержание углекислого газа в воздухе на вершине потухшего вулкана Мауна-Лоа на Гавайях. С тех пор содержание углекислого газа в воздухе выросло с 315 до 362 частей на миллион. Удалось проанализировать пузырьки воздуха из глубоких слоев гренландского и антарктического льда, намерзшего тысячи лет назад. Оказалось, что содержание углекислоты было почти стабильным (около 280 частей на миллион) тысячи лет, но примерно с 1800 года (начало промышленной революции) стало расти, и с тех пор растет экспоненциально. Сейчас оно на 30 процентов выше, чем было 400 лет назад. Ежегодно, сжигая ископаемые виды топлива, человечество выбрасывает в атмосферу примерно 5,5 миллиарда тонн углерода в форме углекислого газа. Часть используют растения: рост многих растений ускоряется при избытке углекислого газа, но у некоторых видов растений питательность биомассы при этом снижается. Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере изменяет и климат, что тоже влияет на биосферу.

Не менее 24 жителей Индонезии погибли и сотни лишились крова над головой в результате наводнения в самой западной провинции страны Ачех, произошедшего в марте 2011 года. Незаконная рубка лесов крупнейшего архипелага мира в последние годы все чаще приводит к сильнейшим наводнениям по всей его территории. По сообщениям индонезийских СМИ, именно обезлесение стало главной причиной бедствия в октябре 2010 года в районном центре Васиор провинции Западное Папуа, которая расположена на крайнем востоке Индонезии. Затяжные проливные дожди переполнили озеро над городом и реку, которая берет начало из этого озера. Они вышли из берегов, и потоки воды высотой до трех метров обрушились на город и его окрестности, вырывая с корнем вековые деревья и смывая дома и мосты. В результате наводнения погибли почти 300 человек, несколько окрестных деревень буквально стерты с лица земли. Эвакуировать из зоны бедствия тогда пришлось свыше 9 тысяч человек.

Человечество использует сейчас более половины всей находящейся в свободном состоянии пресной воды на планете, причем 70 процентов этого количества - в сельском хозяйстве. Многие реки запружены. Так, в США только на двух процентах рек нет плотин, а в масштабе Земли к концу этого века будет регулироваться человеком течение двух третей рек. В мире сейчас около 36 тысяч плотин. Вода таких крупных рек, как Нил, Колорадо, Ганг, расходуется настолько активно, что мало что впадает в море. Из-за плотин на Дунае изменились химические процессы с участием кремния во всем Черном море. Буквально за последние 20 лет Аральское море превратилось в отдельные засоленные водоемы. Водохранилища, расположенные по крупнейшей реке Европы в виде Волжско-Камского каскада, изменили гидрологический режим Волги, значительно пострадали рыбные ресурсы.

С каждым годом обостряется ситуация с водообеспечением населения, и с ростом численности человечества и усилением антропогенной нагрузки на водные объекты надо ожидать усиления дефицита пресной воды и роста военных конфликтов из-за нее.

Природные катастрофы, периодически возникающие в различных частях Земли, осложняются не менее тяжелыми последствиями в результате повреждения и разрушения объектов техносферы. Сильное землетрясение магнитудой 6,3 произошло 22 февраля 2011 года в Новой Зеландии, в результате погибли более 140 человек. Во втором по величине городе Новой Зеландии Крайстчерче почти полностью сравняло с землей центральную часть города. Были разрушены многие здания, центральный собор, несколько районов стали непригодны для проживания, в том числе в результате нарушения объектов инфраструктуры. Землетрясение магнитудой 9, случившееся в Японии 11 марта 2011 года, вызвало цунами высотой более десяти метров. Число погибших и пропавших без вести в результате стихийного бедствия превысило 11 тысяч человек. На АЭС "Фукусима-1" после землетрясения был введен режим чрезвычайной ситуации из-за выхода из строя систем охлаждения. Однако избежать серьезной аварии не удалось, произошел выброс радиоактивных элементов, в результате охлаждения реакторов в воды Тихого океана сброшены несколько млн. тонн радиоактивной воды.

Изготавливая химические удобрения, человек сейчас фиксирует в год 80 миллионов тонн азота, а к 2030 году будет фиксировать более 135 миллионов тонн. Широко выращивая бобовые растения, в корнях которых живут микроорганизмы, усваивающие атмосферный азот, мы добавляем к этому количеству еще около 40 миллионов тонн в год, а сжигая ископаемые виды топлива, ежегодно вносим в биосферу еще более 20 миллионов тонн фиксированного азота, в том числе в виде выхлопных газов автомобилей и выбросов промышленных предприятий. Этот лишний азот, попадая в водоемы, вызывает усиленный рост одноклеточных водорослей, в том числе ядовитых или настолько конкурентоспособных, что они вытесняют из водоема все остальные формы жизни.

Человек синтезирует большое количество органических соединений, которых до него на Земле не было. Ежегодно химическая промышленность выпускает более ста миллионов тонн 70 000 различных органических соединений, и ежегодно к ассортименту добавляется около тысячи новых веществ. Лишь малая доля этих химикатов основательно проверена на безвредность для человека и окружающей среды. Многие из этих искусственных веществ, например лекарства и инсектициды, оказали нам немалые услуги, но некоторые не разлагаются в природе, накапливаются в определенных организмах и могут доходить по пищевой цепочке до человека. Некоторые из этих соединений нетоксичны, но вредны по другим причинам: например, фреоны разрушают озоновый слой.

Топливно-энергетические ресурсы России огромны: в стране, занимающей 13% территории планеты, но заселенной менее чем 3% населения мира, сосредоточено свыше 34% запасов природного газа и 13% мировых запасов нефти и угля, прогнозные запасы которого для России оцениваются в 4 трлн. тонн, а балансовые – в 200 млрд. тонн. С развитием экономики развивающиеся и развитые страны все больше нуждаются в энергоресурсах. Для их доставки до потребителей растет количество линейных сооружений – нефтепроводов, увеличивается количество нефтепродуктов, транспортируемых танкерами по водным объектам.

Вместе с ростом транзита нефтепродуктов увеличивается риск аварийных ситуаций с разливов нефтепродуктов в окружающую среду и загрязнением значительных территорий и акваторий водных путей. Особенно эта ситуация обостряется в связи с изношенностью средств транспортировки – трубопроводов и транспортных средств.

Крупные проблемы сопряжены с поддержанием электроэнергетических мощностей, которые за текущее десятилетие практически не возобновлялись и потому тоже сильно изношены. Отечественная энергетика за десятилетие практически потеряла импульс не только к развитию, но и к поддержанию доставшихся ей производственных мощностей, уровня добычи и запасов ископаемых ресурсов. Но с середины первого десятилетия XXI века потребовалось вести работы на шельфах, бурить горизонтальные и поло направленные скважины, проводить гидроразрыв пластов, качественно улучшить программно-аппаратное обеспечение. Отсюда обострилась проблема аварийных ситуаций на нефтепромыслах.

Вымирание организмов - естественный процесс, но вмешательство человека сильно его ускоряет. В результате антропогенного воздействия вымирание идет сейчас в 100 - 1000 раз быстрее, чем до воцарения человека на Земле. За последние 2000 лет человек уничтожил четверть всех видов птиц, 11 процентов остальных - на грани вымирания. Вымирание, кроме того, угрожает 18 процентам всех видов млекопитающих, 5 процентам рыб и 8 процентам видов растений.

В итоговом обобщающем труде «Химическое строение биосферы Земли и её окружения» Вернадский писал: «На нашей планете в биосфере существует не жизнь, от окружения независимая, а живое вещество, т.е. совокупность живых организмов, теснейшим образом связанная с окружающей её средой биосферы — мощным геологическим фактором от биосферы неотделимым» (1,2).

Огромное значение для жизни на Земле имеет способность биоценозов приспосабливаться и эволюционировать в ходе изменений окружающей среды. В случае того или иного изменения состояния окружающей среды — температурно-климатических перепадов, вулканических выбросов, изменения концентрации биогенных веществ, сбросов нефтепродуктов при их разливе, выбросов и сбросов загрязняющих веществ — биологическое сообщество и экосистема в целом реагируют соответствующей перестройкой протекающих в нём обменных процессов, которая позволяет компенсировать неблагоприятные физико-химические изменения среды и способствует её возвращению в невозмущённое состояние (3).

До конца XIX века сохранение устойчивости биосферы обеспечивалось главным образом экосистемами Мирового океана, компенсаторный потенциал которых достиг критической отметки к концу XIX века, после чего начался процесс глобального изменения окружающей среды, изменился механизм самовосстановления и самоочищения природных объектов, наблюдаемые в последние годы неизвестные ранее болезни, отравления и заражения живых организмов являются первыми тревожными звонками к началу разумных природосберегающих действий.

Все больше внимания со стороны государства и общества стало уделяться проблеме сохранения и возрождения природных экосистем, разрушенных человеком. Это диктуется не только его собственными интересами, но и заботой о выживании огромного большинства обитающих на Земле видов, которое невозможно без построения стройной системы защиты и охраны окружающей среды и строгого соблюдения принципов государственной политики в области использования и охраны природных объектов, допустимого воздействия на них и развития системы управления качеством окружающей среды.