Глобальные проблемы окружающей среды и  природопользования.

ДИДАКТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Глобальные экологические проблемы. Парниковый эффект и глобальные изменения климата, методы противодействия. Причины возникновения “озоновых дыр”, последствия их образования и способы устранения. Кислотные осадки, их причины и последствия. Проблемы отходов и истощения природных ресурсов. Энергетическая проблема и альтернативные источники энергии (солнца, ветра, приливов и отливов и т.п.). Деградация наземных экосистем (потеря пахотных земель, опустынивание, сведение лесов, урбанизация и т.д.) и проблема нехватки пищевых ресурсов, современные пути решения проблем (селекция, генная инженерия и др.). Загрязнение Мирового океана. Проблема сохранения биоразнообразия (ландшафтов, биоты, генофонда планеты). “Демографический взрыв” как ведущий фактор возникновения глобальных проблем человечества. Демографические прогнозы на XXI век. Опасность ядерной войны и ее глобальные экологические последствия.

Охрана окружающей среды. Охрана гидросферы: замкнутые водооборотные системы, методы очистки сточных вод. Охрана атмосферы: основные загрязнители атмосферы, физико-химические методы очистки воздуха. Охрана литосферы. Твердые отходы и методы их утилизации. Восстановление земель после техногенных нарушений. Охраняемые природные территории. Основы рационального природопользования. Безотходные и малотходные производства. Безотходное потребление.

Мониторинг окружающей среды. Понятие об экологическом мониторинге. Организация и классификация системы мониторинга окружающей среды. Эколого-аналитический и эколого-биохимический мониторинг. Геоинформационные системы.

Экотоксикология. Загрязнение окружающей среды токсикантами и количественные критерии оценки его фактического уровня. Токсиканты и их специфические биогеохимические особенности. Понятие токсичности и канцерогенности элементов и соединений.

Основы экономики природопользования. Оценка экономической эффективности природоохранных мероприятий. Расчет ущерба, наносимого окружающей среде в результате загрязнения атмосферы. Укрупненная оценка ущерба, наносимого окружающей среде в результате загрязнения водоемов. Расчет ущерба, наносимого окружающей среде в результате загрязнения поверхности Земли. Применение нормативов платы за загрязнение природной среды на территории Российской Федерации. Расчет платы за загрязнение земель химическими веществами и несанкционированными свалками отходов.

Международное экологическое движение и сотрудничество. Международное сотрудничество в решении глобальных экологических проблем. Принципы устойчивого развития. Международные организации.

ВВЕДЕНИЕ.

Биосфера планеты Земля за время своего существования не раз переживала экологические кризисы. Наиболее известна экологическая катастрофа конца мелового периода (70 – 100 млн. лет назад), когда за относительно короткое время вымерли практически все динозавры, населяющие Землю1 . Кризисные явления неоднократно были вызваны изменениями кли­мата. Так, в эпоху оледенения (30 – 40 тыс. лет назад) вымерли мамонты, шерстис­тый носорог и многие другие животные.

Деятельность человека практически с момента его появления вступила в противоречие с природой, что не могло не породить экологические кризисы различного масш­таба. Так, жители Древнего Вавилона (примерно 1 млн.) были вынуждены покинуть город, так как окружающие его земли из-за непродуманной мелиорации стали непригодны для дальнейшего использования. Однако в силу небольшой численности населения и слабой техни­ческой оснащенности эти кризисы не принимали глобальных масшта­бов. Выход из них был сопряжен, как правило, с уменьшением численности наро­донаселения и миграцией. Так, первый антропогенный кризис вызвал расселение охотников, или “вели­кое переселение народов”, второй антропогенный кризис – кризис нехватки продуктов сельского хо­зяйства – эмиграцию населения из Европы за океан.

В настоящее время “демографический взрыв” и нерациональное природопользование привели к экологическому кризису, который имеет глобальный характер.

Глобальный экологический кризис распространяется или уже распространился на всю нашу планету Земля. Поэтому традиционные методы выхода из кризисных ситуаций уже не годятся. Неправильное же решение проблем может привести к гибели всего человечества. Следует принципиально изменить способы производства, нормы потребления и объемы использования природных ресурсов, т.е. перейти к рациональному природопользованию. За изменениями в биосфере, отрицательными и положительными, необходимо вести постоянные наблюдения. Рациональное природопользование, как и любая хозяйственная деятельность, невозможны, если они не будут экономически стимулированы.

“Парниковый эффект” и глобальные изменения климата.

Парник – это участок земли, изолированный от окружающей среды прозрачной пленкой или стеклом. Как же он функционирует? Солнечные лучи нагревают землю, от нее нагревается воздух. Если бы пленки не было, то теплый воздух, как более легкий, поднялся бы вверх, а на его место поступил холодный. В результате такого перемешивания установилась бы какая-то средняя температура воздуха. Пленка же не дает воздуху перемешиваться, холодный воздух не поступает в парник, и температура внутри него становится выше, чем снаружи.

Атмосферный эффект, о котором идет речь, вызван аналогичными причинами, отсюда и его название – парниковый. Еще в 1827 году французский физик Ж. Фурье предположил, что атмосфера Земли выполняет функцию пленки (стекла) в парнике: воздух пропускает солнечную энергию, не давая ей при этом рассеяться обратно в космос. Солнце нагревает поверхность Земли. Как и всякое нагретое тело, Земля испускает невидимые глазом инфракрасные лучи, а так как главные газы атмосферы – кислород и азот – не поглощают их, они рассеиваются в космическом пространстве. Но в атмосфере в малых концентрациях содержатся водяные пары, углекислый газ (диоксид углерода), метан, оксиды азота и т.д. – парниковые газы, способные поглощать инфракрасное излучение. В результате такого поглощения часть энергии Солнца аккумулируется в атмосфере, что способствуют повышению ее средней температуры. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней в современных формах не существовала. Парниковый эффект – повышение средней температуры за счет поглощения атмосферой инфракрасного излучения нагретой Солнцем Земли.

Исходя из того, что “естественный” парниковый эффект – это устоявшийся, сбалансированный процесс, логично предположить, что повышение концентрации парниковых газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к повсеместному потеплению климата. Количество СО2 в атмосфере неуклонно растет, так как человек для своих нужд сжигает все большее количество ископаемого топлива (газ, уголь и нефть), накопление ускоряется еще и в результате сплошной вырубки лесов и загрязнения Мирового океана: именно они, поглощая углекислый газ и выделяя кислород, являются буферной системой Земли.

Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например, метан, оксиды азота и целый ряд хлорсодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объемах, некоторые из них куда более эффективны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ1 .

Сегодня уже мало кто из ученых, занимающихся этой проблемой, оспаривает тот факт, что деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмосфере. По мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, “увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности Земли... Любое изменение в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и Мирового океана и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды”.

Тем не менее ведутся споры вокруг того, какое конкретно количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также как скоро это произойдет. Дело в том, что мировые средние температуры могут сильно колебаться в пределах нескольких лет и десятилетий, и причем по естественным причинам. Проблема в том, что считать средней температурой и на основании каких критериев судить, действительно ли она изменилась в ту или другую сторону.

В конце 80 – начале 90-х годов несколько лет подряд среднегодовая температура была выше обычной. Это вызвало опасения, что обусловленное человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая температура поднялась на 0,3 – 0,6 градусов. Однако среди них нет согласия в том, что именно явилось причиной этого явления. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находится в пределах естественных температурных колебаний. Неопределенность в вопросе всеобщего потепления порождает скепсис по поводу грозящей опасности. Проблема заключается в том, что когда гипотеза об антропогенных факторах потепления подтвердится, уже поздно будет что-либо предпринимать.

Вы спросите, но что плохого в глобальном потеплении? Тепло не холод, от холода человек страдает сильнее, да и речь идет о повышении температуры на десятые доли градуса. По мнению многих исследователей, если сохранится тенденция к потеплению, это приведет к изменению погоды и увеличению количества осадков, и как следствие, к подъему уровня Мирового океана. Ученые уже отметили перемены в картине выпадения осадков. Они подсчитали, что в США и России последние 30 – 40 лет осадков выпадет на 10 % больше, чем в прошлом. В то же время количество осадков над экватором уменьшилось на те же десять процентов. Дальнейшее изменение в системе выпадения осадков окажет огромное воздействие на сельское хозяйство, смещая зоны возделывания культур в северные районы Северной Америки и Евразии.

Потепление климата приведет к таянию ледников на Северном и Южном полюсах, в Гренландии и т.д. По расчетам ученых, увеличение температуры на 10 градусов по Цельсию вызовет повышение уровня Мирового океана на 5 – 6 метров, что обусловит затопление многих прибрежных территорий. Например, Бангладеш полностью погрузится в океан.

Но это еще не все. По мнению ряда исследователей, парниковый эффект приведет к совершенно катастрофическим последствиям. Так, в результате глобального потепления начал таять Гренландский ледник, стекающие с него воды стали опреснять холодное Лабрадорское течение, берущее начало в одноименном заливе между Гренландией и Канадой. Раньше оно из-за большей плотности (соленая вода плотнее пресной) “подныривало” под теплый, а следовательно, и более легкий Гольфстрим (Северо-Атлантическое течение) и пропускало его на север, обеспечивая комфортный климат всей Европе и восточной части Америки. Но, будучи опресненным, Лабрадор уже не сможет опускаться ниже Гольфстрима и проходить к югу. Оттолкнув Гольфстрим, он снова устремится на север, охлаждая океаны и материки. А это грозит Северному полушарию новым ледниковым периодом, который может наступить уже через 5 – 10 лет. Как один из вариантов развития бедствия возможен следующий: полностью промерзнут низовья сибирских и европейских рек, они разольются и затопят громадные территории. В России, например, это будет полным крахом в экономике.

Так как предполагаемое потепление, вызванное человеческой деятельностью, в основном происходит в результате сжигания топлива, следовательно, для предотвращения кризиса необходимо изменить практику энергопотребления. По мнению Агентства по охране окружающей среды США, мировое сообщество должно предпринять серьезные меры. Если опасения, связанные с потеплением климата, оправдаются, то плата за бездействие будет намного выше, чем затраты на предотвращение кризиса.

По мнению экологов, наиболее действенным будет повышение эффективности энергопользования и переход к альтернативным видам топлива: отказ от ископаемых видов топлива, таких, как нефть и уголь. В этом направлении еще предстоит огромная работа.

В 1980 году более 100 миллионов тонн СО2 было выброшено в атмосферу в восточной части Северной Америки, Европе, западной части СССР и крупных городах Японии. Выбросы СО2 в развитых странах в 1985 году составили 74% от общего объема, а доля развивающихся стран составила 24%. Ученые полагают, что к 2025 году доля развивающихся стран в производстве углекислого газа возрастет до 44%. В последнее время Россия и страны СНГ значительно сократили выбросы в атмосферу СО2 и других тепличных газов, что прежде всего объясняется падением уровня производства. Тем не менее ученые ожидают, что в начале XXI века Россия достигнет прежних объемов выброса в атмосферу тепличных газов.

В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2. Киотский протокол предписывает тридцати восьми индустриально развитым странам сократить к 2008 – 2012 годам выбросы СО2 на 5% по сравнению с уровнем 1990 года: Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8%, США – на 7%, Япония – на 6%.

Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы) получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях они смогут купить право на дополнительные выбросы у тех, у кого выбросы меньше выделенной квоты. Таким образом, планируется сокращение выбросов тепличных газов в последующие 15 лет на 5%.

“Озоновые дыры” и пути их предотвращения.

Озоновый слой – это слой атмосферы (стратосферы) с повышенным содержанием озона. Он начинается на высоте около 8 км над полюсами (или 17 км над экватором) и простирается вверх вплоть до 50 км. Концентрация озона в слое очень низкая, и если его выделить в чистом виде и сжать до плотности, которую имеет воздух у поверхности Земли, то толщина озонового слоя не превысит 5 мм.

Озон – аллотропная форма (в том случае, когда элемент имеет несколько простых веществ (они состоят из атомов одного вида), их называют аллотропными формами) кислорода (от греч. “пахнущий”), его молекула состоит из трех атомов кислорода (О3). Озон образуется из кислорода под воздействием ультрафиолетового излучения:

2О2О + О3.

Озон поглощает жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое излучение Солнца, предохраняя живые организмы от его губительного воздействия. Поэтому разрушение озонового слоя приведет к более высоким уровням ультрафиолетового излучения на поверхности Земли, что будет способствовать увеличению случаев рака кожи у людей, мутаций у растений и т.п.

В 1985 году британские исследователи обнародовали данные своих восьмилетних наблюдений. Они обнаружили над Северным и Южным полюсами области атмосферы с пониженным содержанием озона (до 50 %) – “озоновые дыры”. В настоящее время большинство ученых пришло к заключению, что озоновый слой земли разрушают так называемые фреоны – хлорфторуглероды (ХФУ), чрезвычайно химически стойкие вещества, применяемые как хладоагенты в холодильниках и наполнители аэрозольных упаковок. Благодаря химической стойкости фреонов ничто в природе неспособно разрушить (утилизировать) их. Диффундируя в атмосфере, пары фреона достигают озонового слоя и там под действием ультрафиолета вступают во взаимодействие с озоном и “проедают” дыру в озоновом слое.

В середине сентября 1987 года представители двадцати четырех стран встретились в Монреале и подписали соглашение, по которому обязались вдвое сократить использование озоноразрушающих ХФУ к 1999 году. Однако в связи с ухудшающейся ситуацией в 1990 году в Лондоне были приняты поправки к Монреальскому протоколу, согласно которым в список регулируемых ХФУ вошли еще десять веществ. Было принято решение прекратить использование ХФУ, галогенов и четырехлористого углерода (ССl4) к 2000, а метилхлороформа – к 2005 году.

В результате всех указанных мер запрета “озоновые дыры”, к сожалению, не исчезли и даже не уменьшились. Возможно, что в их существовании виноваты вовсе не фреоны, а естественные причины: циклическая активность Солнца, процесс дегазации Земли и т.п. В любом случае “озоновые дыры” несут в себе угрозу человечеству и требуют постоянного экологического мониторинга (наблюдения) за ними.

Иная проблема, касающаяся озона, но не связанная с разрушением озонового слоя, – фотохимический смог: образуясь на свету при протекании реакций оксидов азота с углеводородами, озон, собираясь в нижних слоях атмосферы (тропосфере), является составной частью смога.

Наличие озона в тропосфере ускоряет процесс разрушения резиновых изделий, текстиля, красочных покрытий и т.п., снижает продуктивность сельскохозяйственных культур, замедляет фотосинтез в растениях и ослабляет их. Так, по оценкам специалистов, в США ежегодные потери кукурузы, пшеницы, соевых бобов и арахиса, вызванные озоном, составляют от 1,9 до 4,5 миллиардов долларов.

Кислотные дожди, их причины и методы устранения.

Кислотными дождями называют все виды метеорологических осадков  (дождь, снег, град, туман, дождь со снегом), показатель рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, равное 5,6. Впервые термин “кислотный дождь” был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом при изучении викторианского смога в Манчестере.

Показатель кислотности воды рН = – lg[CH+], где [CH+] – концентрация ионов водорода. Значение рН нейтрального раствора равняется 7. При растворении кислот в воде концентрация ионов Н+ возрастает, а показатель рН снижается. Для кислых растворов рН< 7, для щелочных pH > 7.

Вода “нормального” дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что двуокись углерода вступает в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2OH2CO3). Теоретическое значение рН дождевой воды равняется 5,6 – 5,7. В реальной жизни показатель ее кислотности в разных местах может сильно различаться, что, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности (оксид серы, оксиды азота).

Кислотный дождь образуется в результате химического взаимодействия оксидов серы (SO2 и SO3) и азота (NOх) с водой в атмосфере. Эти вещества выбрасываются автомобильным транспортом, образуются в результате деятельности металлургических и химических предприятий, а также при сжигании ископаемого топлива на электростанциях (при высокой температуре азот горит в кислороде воздуха). Вступая в реакцию с водой, оксиды превращаются в растворы кислот – серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем вместе со снегом или дождем они выпадают на землю.

В настоящее время последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются практически во всех странах Земного шара. Он оказывает отрицательное воздействие на водоемы – озера, реки, заливы, пруды, повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН =7 – 9,2. С увеличением кислотности водяные растения гибнут, лишая других животных водоема пищи. При рН = 6 погибают пресноводные креветки, а при повышении рН до 5,5 – донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон, он составляет основу пищевой цепи водоемов и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда рН достигает 4,5,погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

По мере повышения кислотности воды становится возможным растворение из донных отложений и почв токсичных тяжелых и легких металлов: кадмия, ртути, свинца, алюминия и др. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу, перенасыщенную ртутью, могут приобрести серьезные заболевания. Возрастание в подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг/л летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся недоступными для усвоения.

Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне, но также уничтожает растительность на суше. Хотя до сегодняшнего дня механизм этого процесса до конца не изучен, ученые считают, что “сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы...в совокупности приводят к деградации лесов”. Особенно чувствительны к кислотным дождям хвойные леса – с них опадает хвоя. Воздействие кислотных дождей также снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженному их ухудшению как природных экосистем.

Они разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, снижают плодородие почв и т.п. Так, ежегодно экономические потери от кислотных дождей в США составляют лишь на восточном побережье 13 млн. долл. К 2005 г. убытки достигнут 1750 млрд. долл. от потери лесов; 8300 млрд. долл. от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо), а в одном штате Минессота 40 млн. долларов на медицинские расходы.

Единственный способ изменить ситуацию к лучшему – это снизить количество кислотообразующих выбросов в атмосферу. В теплоэнергетике это может быть достигнуто за счет перехода с угля на газовое топливо, поскольку содержание серы в газе существенно меньше, чем в углях. Для устранения образования оксидов азота следует понизить температуру горения газа или мазута до 500 – 600ОС, этого можно достичь, применяя  так называемые каталитические генераторы тепла, в которых сжигание топлива происходит не в факеле (форсунке), а в слое катализатора путем окисления.

Для снижения выбросов оксидов азота (и оксида углерода СО – угарного газа) автомобильного транспорта следует применять каталитические дожигатели, которые монтируются на выхлопную трубу автомобиля. Проходя через слой катализатора в дожигателе (это платиновые металлы, нанесенные на инертный носитель), выхлопные газы очищаются: СО превращается в СО2 – углекислый газ, а оксиды азота – в азот.

Истощение природных ресурсов и проблема отходов.

Истощение природных ресурсов – одна из глобальных экологических проблем человечества. Природные ресурсы (ПР) – объекты и явления природы, которые используются (или могут быть использованы) для удовлетворения материальных, научных или культур­ных потребностей общества.

По происхождению ПР классифицируются на биологические (леса, растения, животные), минеральные (полезные ископаемые) и энергетические (энергия солнца, приливов и отливов, ветра и т.д.)

По обеспечению общества в конкретный период развития ПР делят на реальные и потенциальные. Реальные природные ресурсы – это те, которые на данном этапе развития общества разведаны, их запасы количественно определены и ак­тивно используются обществом. По мере развития общества они изменяются. Например, на первом этапе становления промышленности в качестве топлива широко использовался китовый жир; на современном этапе развития общества одним из ведущих энергоресурсов является электроэнергия, производимая гидротепло- и атомными электростанциями.

Потенциальные природные ресурсы – ресурсы, которые на данном этапе развития общества разведаны, а часто и количе­ственно определены, однако не используются в силу тех или иных причин (слабая техническая оснащенность, отсутствие соответствую­щей технологии переработки и т. п.). Например, потенциальными земельными ресурсами можно считать пустынные, горные, заболоченные, засоленные террито­рии и зону вечной мерзлоты. Несмотря на большую потреб­ность в пашне и земельных ресурсах, люди не в силах освоить эти земли под сельское хозяйство: нужны крупные капиталовложения.

По возможности использования ПР делят на исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые природные ресурсы могут быть израсходованы человечеством в ближайшем или отдаленном будущем: нефть, уголь, почва, лес и т.п. Они обеспечивают потребности человеческого общества лишь в течение определенного периода времени, продолжительность которого зависит от запасов ресурса и интенсивности его использования. Их самовосстановление в природе невозможно, создание чело­веком исключено, так как они возникли в результате депонирования (отложения в запас) химических эле­ментов, которые не могли быть вовлечены природой в биогеохи­мический цикл. Сюда относятся, в первую очередь, ресурсы недр и живой природы.

Исчерпаемые ресурсы, в свою очередь, подразделяются на невозобновимые и возобновимые. Невозобновимые ресурсы совершенно не восстанавливаются. К ним относятся нефть, каменный уголь и большинство других полезных ископаемых, результатом использования которых является не­избежное их истощение. Следовательно, охрана нево­зобновимых природных ресурсов состоит в их экономном, рациональном, комплексном использовании, предусматриваю­щем возможно меньшие потери при их добыче и переработке, а также заменяемость этих ресурсов другими природными или ис­кусственно созданными.

Возобновимые природные ресурсы по мере их использования могут восстанавливаться. К ним относятся растительный и животный мир, ряд минеральных ресурсов, например накапливающаяся в озерах соль, отложения торфа и т.п. Однако для их восстановления необходимо создание определенных условий (лесопосадки, разведение животных в заказниках и т.д.).

Восстанавливаются ресурсы по времени по-разному. Для образования 1 см гумусового слоя почвы требуется 300 – 600 лет,  для восстановления вырубленного леса – десятки лет, популяции охотничьих животных – годы. Следовательно, темпы расходования возобновляемых ресурсов должны соответствовать темпам их восстановления, в противном случае возобновимые ПР могут стать невозобновимыми – почвы эро­дируют, виды животных и растений полностью исчезнут.

Неисчерпаемые ресурсы можно использовать бесконечно долго: космические, климатические, водные и т.п. Космические ресурсы (солнечная радиация, энергия морских приливов и т.д.) практически неиссякаемы, и защита их (например, Солнца) не может быть предметом охраны окружающей среды, так как человечество не располагает такими возможностями. Однако поступление солнечной энергии на по­верхность Земли зависит от состояния атмосферы, степени ее загрязненности, т.е. тех факторов, которыми человек может управлять.

Климатические ресурсы (тепло и влага атмосферы, воздух, энергия ветра) также практически неисчерпаемы. Однако со­став атмосферы может значительно изменяться в результате за­грязнения ее механическими примесями, газами промышленнос­ти и транспорта, а также радиоактивными веществами. Борьба за чистоту воздуха – одна из важнейших задач охраны этого при­родного ресурса.

Водные ресурсы для биосферы в целом неизменны, но запа­сы и качество пресной воды ограничены, некоторые регионы уже сейчас испытывают в ней недостаток, который вызван обмелением рек и озер, а также ее повсеместным загрязнением. Практически неиссякаемыми остаются воды Мирового океана, но  они перед угрозой загрязнения нефтью, радиоактивными и другими отходами, что изменит условия существования населяющих их животных и растений.

Проблема исчерпаемости природных ресурсов с каждым годом приобретает все большую актуальность, это связано как с осознанием факта их ограниченности, так и с интенсивно увеличивающимся потреб­лением.

Расходование ресурсов приводит к существенным изменениям биосферы. Преждевременное изъятие погребенных в литосфере веществ и ввод их в оборот нарушает оптимальный баланс круговорота веществ в природе. Кроме того, использование невозобновимых ре­сурсов влечет за собой цепь частных последствий, важных для био­сферы: преобразование ландшафтов, изъятие площадей природных экосистем, деградация почв, изменение распределения грунтовых вод и др.

С этой проблемой неразрывно связана и другая экологи­ческая проблема – отходы – неиспользуемые остатки сырья, материалов, полуфаб­рикатов, иных изделий и продуктов, образующиеся в процессе произ­водства продукции или ее потребления и утратившие свои потреби­тельские свойства. Они относятся к материальным объектам, кото­рые могут быть потенциально опасны и для окружающей природной среды, и для здоровья человека. Отходы бывают:

• бытовые (коммунальные);

• промышленные;

• производственного потребления;

• опасные (токсичные);

• радиоактивные.

В свою очередь, промышленные отходы делятся на твердые и жид­кие. К первым относятся отходы металлов, древесины, пласт­масс, промышленный мусор и прочее. Ко вторым – сточные воды, шламы пыли минерального и органического происхождения в системах мокрой очистки газов и т.п.

Опасными являются, в частности, широко применяемые в сельском хозяйстве различные ядохимикаты, а также промышленные отходы, содержащие канцерогенные и токсичные вещества. По дан­ным статистики, на территории России накоплено около 80 млрд. тонн от­ходов, количество которых неуклонно растет из года в год.

Один из наиболее проблемных регионов России с точки зрения накапливания отходов – Уральский. Их количество только в Свердловской области составляет около 35 млрд. тонн. Ежегодно образуется около 160 млн. тонн токсичных отходов. Есте­ственно, что такой объем приводит к высокому уровню загрязнения окружающей среды и представляет угрозу для жиз­ни и здоровья населения.

Наибольшую опасность для окружающей среды и здоровья челове­ка представляют радиоактивные отходы, которые образуются на АЭС, радиохимических заводах, гидрометаллургических комбинатах, в ис­следовательских центрах.

На территории России суммарная активность незахороненных ра­диоактивных отходов превышает 4 млрд. кюри; существуют 15 полигонов для их захоронения, центры по ути­лизации (например, Челябинск-65, Красноярск-26). Однако процесс хранения и переработки также небезопасен. Аварии на пере­рабатывающих предприятиях, как например на НПО “Маяк”, могут при­вести к катастрофическому загрязнению окружающей среды, нанести непоправимый вред здоровью живущего и будущих поколений людей не только в районе аварии, но и на других, даже отдаленных территориях.

Большую угрозу представляют забытые захоронения отходов, на месте которых строятся жилые дома или другие сооружения. В Рос­сии учет таких захоронений пока не ведется. Не менее опасна их транспортировка.

Как и в других странах мира, озадаченных проблемой отходов, в России предпринимаются шаги по нормализации (минимизации) этой проблемы на законодательном уровне. Так, в 1998 г. принят Феде­ральный закон “Об отходах производства и потребления”, устанавливающий общие требования к обращению с ними. В соответствии с Законом деятельность такого рода лицензируется. Опасные отходы в зависимос­ти от степени их вредного воздействия на окружающую среду и здоро­вье человека подразделяют на четыре класса опасности:

• первый – вещества (отходы) чрезвычайно опасные;

• второй – вещества (отходы) высокоопасные;

• третий – вещества (отходы) умеренно опасные;

• четвертый – вещества (отходы) малоопасные.

Например, наличие в отходах ртути, сулемы, хромовокислого, цианистого ка­лия, сурьмы треххлористой, бенз(а)пирена, окиси мышьяка и других высокотоксичных веществ позволяет отнести их к первому классу опас­ности. На опасные отходы составляется паспорт.

В России для контроля и упорядочения обраще­ния с отходами ведется государственный кадастр отходов, вклю­чающий федеральный классификационный каталог отходов, государ­ственный реестр объектов их размещения, а также банк данных о них и о технологии использования и обезвреживания.

В настоящее время реализуется Федеральная целевая программа “Отходы”, задача которой – снижение уровня загрязнения окружающей среды отходами и экономия природных ресурсов за счет максимально воз­можного вторичного вовлечения отходов в хозяйственный оборот. Программа включает в себя задачи по снижению объемов их образования на основе внедрения малоотходных и безотходных технологий, сокра­щения количества опасных остатков производства за счет применения новых техно­логий, а также задачи экологически безопасного их размещения.

Несмотря на некоторый прогресс в области охраны окружающей среды в общем и в обращении с отходами, в частности, ситуация по данному вопросу в России по сравнению со многими развитыми странами мира остается напряженной. Промышленным способом перерабатывается только 3,5% твердых бытовых отходов, а остальные вывозятся на полигоны и свалки. До сих пор в России ничтожно мало число предприятий по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов, отвечающих необ­ходимым требованиям, практически не выпускается оборудование для этих целей. Если не предпринять срочных мер, Россия может превратиться в “свалку отходов”.

Энергетическая проблема и альтернативные источники энергии.

Жизнедеятельность человечества невозможна без потребления энергии: она необходима для производства промышленных и сельскохозяйственных продуктов, для разработки новых технологий, да и просто для обогрева жилищ. Потребляя энергию, человек прошел путь от первого костра до атомных электростанций, освоил добычу традиционных энергетических ресурсов: угля, нефти и газа, научился использовать энергию рек, освоил “мирный атом”. Сегодня суммарное потребление тепловой энергии в мире составляет колоссальную величину – более 1013 Вт в год (эквивалентно 36 млрд. тонн условного топлива). Рост народонаселения Земли и развитие промышленности будут неуклонно увеличивать приведенные цифры.

Однако современное энергопотребление основано на использовании невозобновимых запасов ископаемого топлива – угля, нефти, газа, а они, к сожалению, не бесконечны. Все это составляет одну сторону энергетической проблемы, стоящей перед человечеством: быстрое исчерпание невозобновимого ископаемого топлива при нарастающих темпах его потребления.

Что касается перспектив ядерной энергетики, то все известные промышленные запасы урана будут исчерпаны уже в первом десятилетии XXI в. Учитывая затраты на добычу топлива, нейтрализацию, утилизацию и захоронение отходов, консервацию отработавших реакторов (а их ресурс не более 30 лет), расходы на социальные, природоохранные нужды, то стоимость энергии АЭС многократно превысит любой экономически допустимый уровень. По оценкам специалистов, только затраты на вывоз, захоронение и нейтрализацию накопившихся на российских предприятиях отходов ядерной энергетики составят около 400 млрд. долл., на обеспечение необходимого уровня технологической безопасности – 25 млрд. долл. С увеличением числа реакторов повышается вероятность их аварий. Таким образом, атомная энергетика не имеет долгосрочной перспективы.

Использование в дальнейшем энергии термоядерного синтеза в мирных целях в настоящее время не определено.

Другой стороной энергетической проблемы является нарастающее загрязнение окружающей среды и, как следствие, глобальные изменения климата, кислотные дожди и т.п.

Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с все большей остротой показывают неизбежность перехода к нетрадиционным, альтернативным источникам энергии (АИЭ). Они экологичны, возобновляемы, основой их служит энергия Солнца и Земли. Рассмотрим основные из них.

Солнечная энергия. Солнце – неисчерпаемый источник энергии: ежесекундно на Землю поступает около 80 триллионов киловатт энергии, т. е. в тысячи раз больше, чем вырабатывают все электростанции мира. Использование только 0,5% этого количества могло бы полностью покрыть мировую потребность в энергии на тысячелетия. В США работает 8 солнечных станций модульного типа общей мощностью около 450 мВт, энергия поступает в общую энергосистему страны. Выпуск солнечных фотоэлектрических преобразователей достиг в мире 300 мВт в год, из них 40 % приходится на долю США. В настоящее время в мире работает более 2 млн. гелиоустановок горячего водоснабжения. Площадь солнечных (тепловых) коллекторов в США составляет 10, а в Японии – 8 млн. м2. В США и в Японии работают боле 5 млн. тепловых насосов.

Энергия ветра. На первый взгляд энергия ветра кажется одной из самых доступных и возобновляемых. В отличие от Солнца ветер может “работать” зимой и летом, днем и ночью. Но ветер – это очень рассеянный энергоресурс. Природа не создала “месторождения” ветров и не пустила их, подобно рекам, по руслам. Ветровая энергия практически всегда “размазана” по огромным территориям. Основные параметры ветра – скорость и направление – меняются подчас очень быстро и непредсказуемо, что делает его менее “надежным”, чем Солнце. Таким образом, возникают две проблемы, которые необходимо решить для полноценного использования энергии ветра. Первая – это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Вторая –добиться равномерности, постоянства ветрового потока. В настоящее время существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую.

К сожалению, ветровые двигатели очень шумные (построенные в большом числе на берегах Норвегии, ветряки вызывают протесты “зеленых”: из-за их шума птицы перестали гнездиться на побережье и изменили миграционные маршруты, что вызвало там нарушение экологического равновесия) и громоздкие, и чтобы производить с их помощью требуемое количество электроэнергии, необходимы огромные пространства земли. Лучше всего они работают там, где постоянно дуют сильные ветры (побережье Норвегии). За последние 15 лет в мире построено свыше 100 тыс. ветровых установок с суммарной мощностью 70000 мВт (10% энергобаланса США).

Энергия моря. Для использования энергии морских волн предложена станция “Кивающая утка”. Поплавки, покачиваемые волнами, дают энергию стоимостью всего 2,6 пенса за 1 кВт/ч, что лишь незначительно выше стоимости электроэнергии, которая вырабатывается новейшими электростанциями, сжигающими газ (в Британии это 2,5 пенса), и ниже, чем дают АЭС (около 4,5 пенса за 1 кВт/ч).

В настоящее время эксплуатируются электростанции, работающие на энергии приливов и отливов (например, в устье реки Ранс во Франции).

Энергия недр Земли. Наиболее стабильным источником может служить геотермальная энергия – энергия земных недр (температура в центре Земли достигает нескольких тысяч градусов). Валовой мировой потенциал геотермальной энергии в земной коре на глубине до 10 км оценивается в 18 000 триллион тонн условного топлива, что в 1700 раз больше мировых геологических запасов органического топлива. В России ресурсы геотермальной энергии только в верхнем слое коры глубиной 3 км составляют 180 триллион тонн условного топлива. Использование только около 0,2% этого потенциала могло бы покрыть потребности страны в энергии. Вопрос заключается лишь в рациональном, рентабельном и экологически безопасном использовании этих ресурсов. Сегодня в мире действует 233 геотермальные электростанции суммарной мощностью 5136 мВт, строятся еще 117 мощностью 2017 мВт. Ведущее место в мире в этой области занимают США (более 40% действующих мощностей в мире).

Перспективные направления использования АИЭ – сжигание твердых отходов, переход на водород вместо традиционных теплоносителей и т.п.

По прогнозу Мирового энергетического конгресса, к 2020 г. на долю АИЭ придется 5,8% общего энергопотребления. При этом в развитых странах (США, Великобритании и др.) прогнозируется довести долю АИЭ до 20% (20% энергобаланса США – это примерно все сегодняшнее энергопотребление в России). В странах Европы планируется к 2020 г. обеспечить экологически чистое теплоснабжение 70% жилищного фонда. В большинстве стран приняты законы, создающие льготные условия, как для производителей, так и для потребителей альтернативной энергии, что является определяющим фактором успешного их внедрения.

Деградация наземных экосистем и проблема нехватки пищевых ресурсов, современные пути решения проблем.

Нерациональное землепользование приводит к деградации наземных экосистем. Имеются в виду такие процессы, как сведение лесов, эрозия, засоление и загрязнение почв, опустынивание и, как следствие, падение продуктивности почвы, снижение урожаев, высыхание поверхностного слоя почвы, оврагообразование, наступление песчаных дюн на орошаемые земли, уничтожение урожаев песчаными бурями и т.д.

Сведение лесов – серьезная проблема не только потому, что лес – это природный ресурс чрезвычайной важности для человека, который не может быть восстановлен в короткие сроки, возникает также огромное число побочных эффектов. Оно является главной причиной таких экологических проблем, как опустынивание, деградация почв, наводнение, образование селевых потоков, заиливание водотоков, разрушение ареалов диких животных, вымирание видов животных и растений и т.п.

Россия обладает более чем одной пятой мировых лесных ресурсов, из них 79,6%  хвойные леса, 2,7% твердолиственные и 17,7% мягколиственные. За пятилетний период леса погибли на площади 1,5 млн. га. Что приводит к сведению лесов в России?

Пожары. В районах Сибири и Дальнего Востока они часто носят глобальный характер. В период 1988 – 1993 гг. в России произошло 122,8 тысяч лесных пожаров, охвативших 5,1 млн. га лесной площади. По мнению специалистов, площадь гарей и погибших древостоев в стране втрое превышает площадь рубок.

Промышленные рубки. В 1988 – 1993 гг. в России рубки производили на площади  8,8 млн. га, а лесовосстановление – только на 7,2 млн. га.

Потери заготовленной древесины (особенно в Сибири и на Дальнем Востоке). Лесозаготовка проходит со значительными потерями древесины. В 1993 г. она составила 4,9 млн. м3 древесины. Это создает дополнительную пожарную опасность, способствует возникновению очагов вредителей.

Незаконные порубки. Хотя объемы заготовки древесины в России в последние годы сократились, тем не менее специалисты полагают, что значительный объем заготовленной древесины просто не учитывается. Согласно данным Государственной лесной службы России, незаконные порубки в 1993 г. выросли по сравнению с 1992 г. в 2,8 раза. Учащаются случаи незаконного вывоза древесины за рубеж. По данным МВД России, только в 1993 г. предотвращен незаконный вывоз за рубеж 157,4 тыс. м3 леса и пиломатериалов.

Вредные насекомые и болезни. Эксперты ежегодно регистрируют очаги насекомых и болезней на площади от 1,5 до 2,5 млн. га.

Поражение промышленными выбросами. В целом по Российской Федерации промышленными выбросами поражено более 780 тыс. га леса, в том числе 380 тыс. га погибли или усыхают. В районе Норильска уничтожено около 300 тыс. га. Территория лесов, зараженных в результате ядерных аварий и испытаний ядерного оружия, составляет 3,5 млн. га.

Опустынивание – процесс, в результате которого уменьшается продуктивность земель, подверженных засухе. Опустынивание может происходить вследствие сведения лесов, нерационального землепользования, засухи, перевыпасов скота, нерационального орошения (заболачивания и засоления) и т.д.

Другая причина, приводящая к опустыниванию, – перевыпас скота. С увеличением поголовья скота возрастает нагрузка на пастбища, и одновременно падает их продуктивность. Перевыпас ведет к:

? уменьшению количества подножного корма и съедобной растительности;

? замещению многолетних видов растений однолетними, которые не способны уберечь почву от эрозии;

? сбиву пастбищ копытами скота;

? дестабилизации песчаных дюн в результате того, что скот поедает растительность на их гребнях;

? ухудшению здоровья животных и постоянным падениям надоев молока и производства мяса.

Специалисты ООН (программа ЮНЕП) подсчитали, что из-за опустынивания к концу XXI века человечество потеряет треть пахотных земель. Оно является одной из причин деградации почв и в Российской Федерации. Нерациональное использование земель, в частности бесконтрольный выпас скота, привело к появлению единственной в Европе пустыни “Черные земли” в Калмыкии. Ученые подсчитали, что если процесс будет продолжаться теми же темпами, то через 15 – 20 лет площадь опустыненных земель в этой республике достигнет 1 млн. га. Кроме того, опустыниванию подвергаются земли на вырубках в Республике Коми.

Ежегодно в Южном регионе пески занимают 40 – 50 тыс. га. Только в Прикаспии песками занято около 800 тыс. га. Также отмечается увеличение площади сбитых пастбищ. За пять лет с 1985 г. в Дагестане, Саратовской и Астраханской областях эти площади возросли на 1426 и 394,2 тыс. га соответственно.

Некоторые мероприятия, предлагаемые для решения проблемы опустынивания, включают в себя улучшение качества землепользования, рациональную ирригацию, бережное обращение со скотом, целесообразное использование пастбищ и уменьшение поголовья скота и восстановление лесов. Другие мероприятия предусматривают восстановление пустынных земель, “социальное лесопользование” (когда местные жители берут на себя ответственность за сохранение лесов вокруг их деревень), создание лесонасаждений.

Засоление почв (вторичное засоление; имеется в виду, что хозяйственная деятельность человека усиливает естественные природные процессы засоления почв) – процесс деградации почв, обычно связанный с неумеренным поливом орошаемых земель в засушливых районах, как результат нерациональной ирригации. Сначала происходит подтопление и заболачивание земли. Это приводит к тому, что соленые грунтовые воды выходят на поверхность, если дренажные системы не отводят их. Площадь засоленных почв в России – 36 млн. га (18% общей площади орошаемых земель). Засоление почв снижает урожайность сельскохозяйственных культур, вплоть до полной потери и изъятия земель из оборота.

Этот процесс ослабляет биологический круговорот веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения – галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций, усиливаются миграционные процессы.

Эрозия почв (от лат. erosio – разъедание) – разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся такому разрушению, называют эродированными. Эрозия почвы может быть вследствие промышленных и сельскохозяйственных работ (промышленная эрозия), военных действий – воронки, траншеи (военная эрозия) и т.д. Пылевые бури и водные потоки способны в считанные часы снести до 10 – 15 см верхнего слоя почвы, наиболее богатого гумусом (в естественных условиях гумусовый слой почвы образуется со скоростью 2 – 3 см за 100 лет).

Эрозия оказывает существенное негативное воздействие на состояние почвенного покрова, а во многих случаях разрушает его полностью. Падает биологическая продуктивность растений, снижаются урожаи и качество зерновых культур, хлопка, чая и т.п.

Рассмотренные процессы деградации почв приводят к тому, что ежегодно во всем мире сокращаются площади пахотных земель, снижается урожайность продовольственных культур. Все это в совокупности с неуклонным ростом народонаселения Земли неизбежно ведет к проблеме нехватки пищевых ресурсов, которая обостряется и процессом урбанизации, т.е. ростом городов и городского населения. При этом из сельскохозяйственного обращения изымается большая площадь пахотных земель и сельхозугодий. Рост городов, а вместе с ним автотранспорта и промышленных предприятий приводит к увеличению степени загрязнения окружающей природной среды и к деградации экосистем.

Выход из создавшегося положения наряду с рациональным природопользованием (оно должно существенно замедлить процессы деградации экосистем, т.е. свести их к уровню естественных) видится в дальнейшем проведении селекционной работы по выведению более продуктивных сортов растений и животных, а также в применении современной биотехнологии, в основе которой лежит так называемая генная инженерия; она с помощью методов молекулярной биологии и генетики позволяет целенаправленно конструировать новые, несуществующие в природе сочетания генов. Все это дает возможность выращивать растения и животные (трансгенные) с заранее заданными потребительскими свойствами (в настоящее время ведутся дискуссии о том, можно ли потреблять в пищу такие трансгенные культуры без ущерба для здоровья людей и не приведет ли их потребление к генным мутациям).

Загрязнение Мирового океана.

Водные пространства занимают большую часть поверхности Земного шара: акватория Мирового океана составляет 70,8 %, а на долю суши приходится лишь 29,2% поверхности Земли. Если бы Земля представляла собой идеально ровный шар без впадин и гор, ее покрыл бы океан глубиной в 4000 метров.

Океан – колыбель жизни на Земле и обитель половины существующих ныне типов организмов. Чтобы уравновесить чаши весов, на одной из которых лежала бы вся океаническая рыба, на другую следовало бы положить гирю в 1 млрд. тонн. А это  лишь 1/36 часть всей живой массы океана!

Океан – поистине неисчерпаемый источник полезных ископаемых. Нефть, благородные металлы, редкоземельные элементы и т.п. хранят океанские недра и океанские воды. Например, запас только железо-марганцевых конкреций, устилающих дно Тихого океана, достигает 1,5 млрд. тонн. В них сосредоточено около 71 млрд. тонн марганца (это в 300 раз больше, чем во всех вместе взятых месторождениях суши). При разумной эксплуатации, кроме марганца и железа, из них можно извлечь более 2 млрд. тонн никеля, 1 млрд. тонн кобальта, 1,2 млрд. тонн меди.

Значительный энергетический потенциал сосредоточен в океанических волнах, приливах, термальных градиентах, морских течениях. Дно океана дает около четверти суммарной мировой добычи нефти. Предполагается, что к 2005 г. морская добыча нефти повысится еще на 50%. По оценкам специалистов, морские ресурсы магнетита, ильменита, рутила, олова, золота, платины и других элементов несопоставимы с их запасами на суше. Океан обеспечивает 90% мировой добычи брома, 60% – магния, 30% – поваренной соли. Океан служит одним из важнейших источников пищевых ресурсов для человечества, поставляя 25% белков животного происхождения.

Велико его транспортное значение: более 75% мирового грузооборота приходится на его долю. Океан в значительной мере влияет на процесс климатообразования, на поддержание в состоянии равновесия основных частей атмосферы. Он является основным буфером, определяющим содержание СО2 в атмосфере и регулирующим тем самым интенсивность парникового эффекта.

В начале 60-х гг., когда “неисчерпаемые” запасы сырья на суше стали быстро таять, взоры людей стали обращаться к Мировому океану. Делая упор прежде всего на его огромные размеры, заговорили об “океане возможностей”, подразумевая биологические, минеральные, энергетические и другие ресурсы, его гигантскую емкость как резервуара для сброса отходов производства. Однако вскоре убедились, что океан под действием мощного антропогенного пресса оказался весьма уязвимым. И уже сейчас видно, что не с “океаном возможностей”, а скорее с “океаном проблем” будут иметь дело наши потомки в XXI в., причем проблем в основном экологических.

Человечество наносит два удара по природе: во-первых, истощает ресурсы, во-вторых, загрязняет ее. Поражается не только суша, но и океан. Все большая эксплуатация Мирового океана уже сама по себе оказывает сильное воздействие на его экосистему. Однако имеются и мощные внешние источники загрязнения – атмосферные потоки и материковый сток. В результате на сегодняшний день можно констатировать наличие загрязняющих веществ не только в зонах, прилегающих к материкам, и в районах интенсивного судоходства, но и в открытых частях океанов, включая высокие широты Арктики и Антарктики. Рассмотрим основные источники загрязнения Мирового океана.

Нефть и нефтепродукты. Основной загрязнитель океана – нефть. С начала 80-х гг. в океан ежегодно поступает около 16 млн. тонн нефти, что составляет ~10 % ее мировой добычи. Как правило, это связано с транспортировкой нефти из районов ее добычи и с утечками из скважин (каждый год так теряется 10,1 млн. тонн нефти). Большая масса нефти поступает в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 12 млн. тонн в год.

Попадая в морскую среду, нефть сначала, образуя слои различной мощности, растекается в виде пленки, которая изменяет состав спектра солнечного света, проникающего в воду, и количество поглощенного водой света. Так, пленка толщиной 40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение Солнца, нарушая тем самым экологическое равновесие и вызывая гибель морских организмов. Нефть “склеивает” перья птиц, вызывая в итоге их гибель.

Смешиваясь с водой, она образует эмульсии (“нефть в воде” и “вода в нефти”), которые могут храниться на поверхности океана, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

Другим загрязнителем океана являются пестициды – вещества, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и бактерициды – для лечения бактериальных болезней растений, гербициды – вещества, используемые для уничтожения сорных растений. Около 11,5 млн. тонн этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем. Печально известен хлорорганический инсектицид – ДДТ. За открытие его “цидных” (от греч. “убивать”) свойств ученым была присуждена Нобелевская премия. Но вскоре выяснилось, что многие истребляемые организмы способны приспосабливаться к нему, а сам ДДТ аккумулируется в биосфере и очень устойчив к биодеградации: его период полураспада (время, за которое исходное количество уменьшиться в два раза) составляет десятки лет. Было принято решение запретить производство и применение ДДТ (в России применялся вплоть до 1993 года, так как заменить было нечем), но он уже успел накопиться в биосфере. Так, заметные дозы ДДТ были обнаружены даже в организмах пингвинов. К счастью, они  не входят в пищевой рацион человека. Но накопившийся в рыбе, съедобных моллюсках и водорослях, ДДТ (или другие пестициды), попадая в человеческий организм, могут привести к очень серьезным, порой трагическим последствиям.

Синтетические поверхностно-активные вещества или детергенты – вещества, понижающие поверхностное натяжение воды и входящие в состав синтетических моющих средств, широко применяемых в промышленности и в быту. Вместе со сточными водами синтетические поверхностно-активные вещества попадают в материковые воды и далее в морскую среду. Синтетические моющие средства содержат также и другие ингредиенты, токсичные для водных организмов: полифосфаты натрия, ароматизирующие и отбеливающие (персульфаты, пербораты) вещества, кальцинированную соду, карбоксиметилцеллюлозу, силикаты натрия и т.д.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк и т.п.) широко применяются в промышленном производстве. Они со сточными водами попадают в океан.

Для морских биоценозов наибольшею опасность представляют ртуть, свинец и кадмий. Ионы этих металлов способны аккумулироваться в океанических пищевых цепочках, вызывая болезни, мутации и гибель морских организмов, а также болезни людей, потребляющих “дары моря” в пищу. Наибольшую известность получила болезнь Миномата в Японии. Причиной заболевания послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, где в качестве катализатора используется хлорид ртути. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Миномата, ртуть концентрировалась в телах рыбы и моллюсков, употребляемых местным населением в пищу. Достигнув определенного содержания в организме человека, она вызывала его заболевание. Симптомы этой неизлечимой болезни – расстройство речи, зрения, паралич; итог – несколько сот прикованных к больничной койке людей и почти 70 погибших.

Еще один источник загрязнения (и значительный) – дампинг – сброс отходов в океан с целью захоронения. Многие страны, имеющие выход к морю, производят морские захоронения различных материалов и веществ: грунта, вынутого при дноуглубительных работах, отходов промышленности, строительного мусора, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных изотопов (радионуклидов) и т.п. Объем захоронений составляет около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан.

Формальным основанием для дампинга служит естественное свойство морской среды к самоочищению – переработке органических и неорганических веществ, поступающих в воду. Однако эта способность небеспредельна, поэтому дампинг следует рассматривать лишь как вынужденную меру, временную дань общества несовершенству технологий.

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Во многих случаях оно способствует повышению температуры воды на ~160С. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 130 км2. Устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену между поверхностным и донным слоями. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с увеличением температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Расширяется видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей, все это приводит к нарушению экологического равновесия в биосфере океана.

Загрязнение Мирового океана – одна из глобальных экологических проблем, стоящих перед человечеством и требующих решения. Океан гибнет. Известный норвежский путешественник Тур Хейердал в книге с символическим названием “Уязвимое море” написал: “В 1947 г. плот “Кон-Тики” за 101 сутки прошел около 8 тыс. км в Тихом океане; экипаж на всем пути не видел никаких следов человеческой деятельности. Океан был чист и прозрачен. И для нас было настоящим ударом, когда мы в 1969 году, дрейфуя на папирусной лодке “Ра”, увидели, до какой степени загрязнен Атлантический океан... “.

Проблема сохранения биоразнообразия.

Под биоразнообразием понимают все виды растений, животных, микроорганизмов, а также сами экосистемы и экологические процессы, частью которых они являются. Оно является основой жизни на Земле: чем большее число растительных и живых организмов образуют экосистему, тем более она устойчива.

Биологические ресурсы являются основным источником сырья для промышленности (люди используют в пищу около 7000 видов растений, но 90 % мирового продовольствия создается всего двадцатью, а три вида из них (пшеница, кукуруза и рис) покрывают более половины всех потребностей). В последнее время человечество осознало полезность диких видов животных и растений. Они не только содействуют развитию сельского хозяйства, медицины и промышленности, но и полезны для окружающей среды, являясь неотъемлемой частью природных экосистем. Даже виды организмов, которые не входят в пищевую цепь человека, могут быть ему полезны, хотя и приносят пользу косвенным путем.

Понятие биоразнообразия все чаще ставится во главу угла при оценке состояния и экологического благополучия экосистем. Эволюционные процессы, происходившие в различные геологические периоды, привели к существенному изменению видового состава обитателей Земли. По мнению экспертов, в ближайшие 20–30 лет под серьезной угро­зой исчезновения будет находиться примерно 25% всего биоразно­образия Земли. Опасность, грозящая биоразнообразию, постоянно ­растет. Между 1990 и 2020 гг. могут исчезнуть от 5 до 15% видов. По-видимому, около 22000 видов растений и животных сейчас находятся под угрозой исчезновения. Из них 66% видов позвоночных животных являются обитателями континентов.

Называют четыре основные причины исчезновения видов:

• утрата среды обитания, фрагментация и модификация;

• чрезмерная эксплуатация ресурсов;

• загрязнение окружающей среды;

• вытеснение естественных видов интродуцированными экзоти­ческими видами.

Во всех случаях эти причины имеют антропогенный характер. Подсчитано, что сокращение 70% тропических лесов ведет не только к исчезновению тех видов, которые обитали на уничтоженных участках леса, но и к сокращению до 30% численности видов, обитав­ших на соседних участках.

Многие морские виды уничтожаются ввиду коммерческой эксплуата­ции моря. Крупные наземные животные, в частности африканский слон, также находятся под угрозой исчезновения вследствие чрезмерной антропогенной нагрузки на зоны их естественного обитания.

Большую опасность для окружающей среды представляет ее заг­рязнение, особенно токсичными химическими веществами и ксенобиотиками, в частности пестицидами.

Изменения климата в результате выброса в атмосферу парниковых газов, по прогнозам специалистов, могут привести к нарушению видо­вого состава многих экосистем на Земле, так как количество одних видов уменьшится, а других возрастет.

Внедрение новых сортов сельскохозяйственных культур, таких, как пше­ница и рис на Среднем Востоке и в Азии, повлекло за собой утрату генети­ческих банков в Турции, Ираке, Иране, Афганистане и других странах.

Утрата видового разнообразия как жизненного ресурса может при­вести к серьезным глобальным последствиям для человека и даже его существования на Земле.

Разрабатываются меры, направленные на сохранение биоразнообразия:

• защита особой среды обитания – создание охраняемых природ­ных территорий;

• защита отдельных видов или групп организмов от чрезмерной эксплуатации;

• сохранение видов в виде генофонда в ботанических садах или в банках генов.

Конвенция по биоразнообразию, принятая 153 государствами на Конференции ООН по охране окружающей среды и устойчивому раз­витию в Рио (1992 г.), отражает остроту ситуации и представляет собой результат длительных усилий по согласованию противоречивых интере­сов различных государств.

Международная программа DIVERSITAS, выполняемая в настоящее время, предполагает проведение инвентаризации и мониторинга био­разнообразия. Ведутся работы по выбору участков с учетом иерархи­ческого уровня репрезентативности экосистем, которые будут пред­ставлять различные биогеографические и экологические регионы Зем­ли.

“Демографический взрыв” как ведущий фактор возникновения глобальных проблем человечества.

Вопрос о характере изменения численности людей на Земле является одним из глобальных вопросов, волнующих человечество. Дело в том, что масштаб практически всех экологических бедствий зависит от того, сколько людей живет, жило и будет жить на Земле.

Отрицательное воздействие на окружающую природную среду оказывают все страны мира: и богатые (промышленно развитые), и бедные (аграрные). Влияние первых в основном связано с техногенными загрязнениями (проживающие в этих странах 20 – 25% мирового населения выбрасывают в среду около 80% загрязнений) и порождаемыми ими экологическими проблемами: кислотные дожди, глобальное потепление и т.д.; вторых – с пря­мым уничтожением природы: сведением лесов, исчерпанием природных ресурсов и т.п.

Население мира увеличивается сегодня на 250 тыс. человек ежед­невно, 1 млн. 750 тыс. каждую неделю, 7,5 млн. в месяц, 90 млн. в год. По данным ООН, основной прирост населения нашей планеты прихо­дится на развивающиеся страны. Распределение плотности населения на Земном шаре весьма неравномерно, это ярко проявляется даже в пределах одной страны из-за концент­рации населения в городах.

Быстрый рост населения в развивающихся странах резко обостряет экологические и социальные проблемы. Жители развивающих­ся стран составляют три четверти населения планеты, а потребляют они всего одну треть общемировой продукции, причем разрыв в потреблении на душу населения продолжает увеличиваться.

Рис.1. Кривая экспоненциального демографического развития: t1 – время начала демографического взрыва

Долгое время в описании демографического развития господствовали теории (примером может служить ши­роко известная

теория Т. Мальтуса, согласно которой рост численности населения происходит по закону геометрической прогрессии (производство продовольствия при этом растет в арифметической прогрессии)), предполагающие, что скорость увеличения числа людей  на Земле пропорциональна числу людей N (так называемая кинетика первого порядка). По такому закону, например, происходит размножение бактерий в ограниченной по объему питательной среде. Рост числа бактерий идет сначала медленно (скорость процесса прямо пропорциональна числу бактерий), но со временем все больше и больше ускоряется и, наконец, приобретает характер “взрыва”. Этот “демографический взрыв” описывается экспоненциальной кривой, приведенной на рис. 1. Постепенно микроорганизмы пожирают окружающую среду и начинают задыхаться в собственных отходах. С этого момента рост “народонаселения” замедляется, а затем вся микробная “цивилизация” переходит “в мир иной”. Такая “экологическая катастрофа” происходит всякий раз при спиртовом брожении, например, вина. При достижении 11 – 13 % спирта бактерии, вырабатывающие ферменты брожения, погибают. Именно поэтому крепость всех сухих вин ограничена этими цифрами. В десертные (крепленые) вина спирт добавляют. Данная схема развития присуща любой цивилизации, паразитирующей на окружающей среде.

Статистические данные вроде бы подтверждают экспоненциальный рост народонаселения, есть основания говорить о “демографическом взрыве” – беспрецедентно быстром росте народонаселения мира. Однако в последние годы в связи с развитием идей и методов синергетики (науки о самоорганизации так называемых открытых систем, способных обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией)  появились новые модели, описывающие демографический кризис и законы развития челове­чества. Согласно этим представлениям, демографическая среда мо­жет рассматриваться как открытая и эволюционирующая система. Тогда число людей N является параметром порядка, что позволяет описывать процесс из­менения народонаселения дифференциальным уравнением роста (П.Л. Капица):

,

где К = 67000 – константа модели, определяющая эффективный размер группы, масштаб сообщества, имеющего генетическую или социаль­ную природу, т.е. скорость роста населения пропорциональна не числу людей N, а квадрату N2. Это уже нелинейный закон изменения параметра. Из него вытекает, что зависимость N от вре­мени описывается не экспонентой, а гиперболой, которая имеет асимптоту около 2010 – 2025 г.

Анализ демографических данных, собранных в течение многих поколений, свидетельствует, что рост численности населения укладывается на предсказываемую гиперболическую кривую. По расчетам в рамках такой модели к 2025 – 2070 гг. рост населения достигнет своего максимального значения (асимптотически приблизится к нему) 14 млрд. человек и стабилизируется. Это явление С.П. Капица называет демографическим переходом.

Если эта модель правильна, то у человечества появляется исторический шанс закрепиться в своей экологической нише на разумном уровне численности в 14 млрд. Сейчас же на Земле проживает уже 6 млрд. человек (считается, что 12 октября 1999 г. появился шестимиллиардный  житель Земли).

Определенным доказательством справедливости данной модели может служить решение “обратной” задачи: по закону изменения численности людей во времени можно рассчитать, когда же “это все началось” и сколько людей было “вначале”.

Ориентировочный расчет показывает, что человеческая история “началась” приблизительно 4,5 млн. лет тому назад, а число людей тогда составляло около 100000 человек (тысяча стоянок по сто человек на нашей прародине юго-восточной части Африки), что совпадает с данными современной антропологии о начале антропо­генеза. Число людей, когда-либо живших на Земле со времени начала антропогенеза и до наших дней, составляет около 90 млрд. человек.

Предложенная количественная статистическая нелинейная теория рос­та затрагивает и другие вопросы: например, коллективное взаимодействие лю­дей, влияние на окружающую среду и потребление ресурсов. Энергопотребление человечеством (суммарное потребление энергии) также пропорционально N2, т.е. нелинейно. Это позволяет сделать прогнозы о пространственном и временном распределении населения Земли в будущем и развить далее концеп­цию устойчивого развития.

В последние годы государственное регулирование рождаемости способствует сдерживанию роста народонаселения. Наиболее целенаправленно и последовательно оно осуществляется в Китае. Здесь отдается предпочтение семье, состоящей из двух родителей и одного ребенка. Привилегии более значительны при рождении первенца-девочки. Это делается для того, чтобы родители не стремились к рождению мальчи­ка, которому в семье отдается предпочтение. При рождении двух и более детей государство требует возврата пособий, полученных при рождении первого ребенка, лишает матерей декретного отпуска, льгот по медицинскому обслуживанию и прочего. Результаты таких мер впечатляющи. Средний коэффициент рожда­емости (на одну женщину) снизился с 4,5 в середине 70-х гг. до 2,6 в 1982 г. и до 2,4 – 2,3 в настоящее время.

Опасность ядерной войны и ее глобальные экологические последствия.

Из всех ви­дов воздействия человека на окружающую среду самым мощным разрушительным фактором, несомненно, являются военные действия. Война наносит неслыханный урон чело­веческой популяции и экосистемам. Так, только в период второй мировой войны военными действиями была охвачена пло­щадь около 3,3 млн. км2, а погибло 55 млн. чело­век. В свою очередь самой разрушительной для биосферы войной является ядерная с применением оружия массового поражения. Опасность ядерной войны сохраняется, несмотря на окончание “холодной войны”. Ее возможность показал недавний конфликт между Индией и Пакистаном: обе страны имеют ядерное оружие, средства его доставки и были готовы к нанесению ядерных ударов.

Оружие массового поражения подразделяется на ядерное, химическое и бактериологическое (предна­меренные воздействия человека на природу и окружающую сре­ду в военных целях получили названия экоцида (биоцида, эко­логической войны)).

Действие ядерного оружия основано на колоссальной энергии, выделяющейся при делении ядер урана или плутония (атомное оружие) или при термоядерном синтезе гелия из ядер водорода (водородное или термоядерное оружие). Поражающими факторами ядерного оружия являются: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация и радиоактивное заражение.

Ударная волна по своей природе аналогична звуковой волне гигантской мощности. Она возникает в результате мгновенного расширения воздуха в эпицентре взрыва при его нагреве до температуры в несколько миллионов градусов и обладает громадной разрушительной силой, уничтожая на своем пути все: людей, животных, лесные массивы, строения и т.п.

В момент ядерного взрыва возникает мощное световое излучение, способное вызвать сильнейшие ожоги откры­тых участков тела, в том числе сетчатки глаз (человек просто потеряет зрение, если взглянет на ядерную вспышку) и влекущее за собой массовые пожары лесов, домов и т.п.

Под воздействием проникающей радиации (a-,b-, g- и нейтронное излучение) у людей и жи­вотных возникает лучевая болезнь, которая в тяжелых случаях заканчивается летальным исходом.

Помимо прямой гибели людей и организмов от действия поражающих факторов ядерного оружия, возможна гибель всего живого на Земле в результате последствий применения ядерных боеприпасов. Так, разрушение плотин гидросооружений может привести к наводнениям. При повреждении атомных электростанций будет наблюдаться дополнительное повышение уровня радиации. В сельской местности произойдет радиоактивное заражение посевов, что повлечет за собой массовый голод населения. В случае нанесения ядерного удара в зимнее время уцелевшие после взрывов люди останутся без жилья и могут погибнуть от переохлаждения.

Пагубным последствием ядерной войны долговременного характера явится разрушение озонового слоя. Согласно докладу Национальной академии наук США, в мировой ядерной войне может быть взорвано до 10000 Мт ядерных зарядов, в результате чего 70% озонового слоя разрушиться над Северным полушарием и 40% – над Южным. Это окажет губительное воздействие на все живое.

В итоге крупномасштабная ядерная война, как показывают расчеты (Н. Н. Моисеев, М. И. Будыко, Г. С. Голи­цын и др.), неизбежно приведет к климатической катастрофе, получившей название “ядерная зима” – резкое похолодание после массированного применения ядерного оружия, обусловленное выбросами в атмосферу большого количества дыма и пыли. Дело в том, что следствием ядерных взрывов будут массовые пожары, сопровождаемые выбросом в атмосферу колоссального количества пыли. Дым от пожаров и облака из радиоактивной пыли окутают Землю непроницаемым покрывалом, наступит “ядерная ночь” на многие недели и даже месяцы. Значительно упадет температура у Земной поверхности (до минус 310С). Повышенные дозы радиации приведут к росту раковых заболеваний, выкидышей, патологий у новорожденных. Все это факторы гибели человечества (ученые утверждают, что после ядерной войны на Земле выживут лишь тараканы и крысы, не считая микроорганизмов).

Химическое оружие предназначено для отравления челове­ка и биоты с помощью боевых отравляющих веществ (газообразных, жидких или твердых). Средства их  доставки – ракеты, мины, снаряды, бомбы или распыление с самолетов. Они способны внедряться и пере­мещаться по трофическим цепям, представляя высокую ток­сичную опасность для жизнедеятельности организмов.

В больших количествах химическое оружие применялось во время первой мировой войны и во Вьетнаме. В 1914 – 1918 гг. боевые отравляющие вещества, в основном иприт, вызвали ги­бель 10 тыс. человек и 1,2 млн. человек стали инвалидами.

К настоящему времени созданы новые классы бое­вых отравляющих веществ – нервно-паралитического, психогенного, общеотравляющего, удушающего и т.п. действия. Все они оказывают крайне негативное влияние на природные эко­системы, вызывая массовые поражения людей, гибель боль­шой части популяций любых позвоночных животных, расте­ний.

Бактериологическим (биологическим) оружием называют бактериальные средства (бактерии, вирусы и др.), яды (токси­ны), предназначенные для массового поражения людей. Ис­пользуется оно с помощью живых переносчиков заболеваний (гры­зунов, насекомых и др.) либо в виде боеприпасов, начинен­ных зараженными порошками или жидкостью.

Бактериологическое оружие способно вызвать массовые ин­фекционные заболевания людей и животных (чума, холера, сибирская язва и другие болезни), даже попадая в их ор­ганизм в ничтожно малых количествах. Многие бактерии образуют споры, сохраняющиеся в почве в течение десятилетий.

Ликвидация всех видов оружия массового уничтожения – единственно реальный путь предотвращения глобальной эко­логической катастрофы, связанной с военными действиями. Сейчас же оружие массового уничтожения представляет угро­зу самому существованию планеты.

Охрана окружающей среды. Охрана гидросферы.

Для предупреждения засорения поверхностных вод планеты принимают меры, исключающие попадание в водоемы и реки строительного мусора, твердых отходов остатков лесосплава и других предметов, негативно влияющих на качество вод, условия обитания рыб и др. Важнейшая и наиболее сложная проблема – защита вод от загрязнения.

Характеристика гидроресурсов и сточных вод.

Гидросфера – водная оболочка Земли – совокупность, океанов, морей, озер, прудов, болот и подземных вод, это са­мая тонкая оболочка нашей планеты, составляющая лишь 10–3 % от общей ее массы.

Роль воды во всех жизненных процессах общеизвестна. Например, человек без воды не может прожить более 8 суток, а за год он на свои нужды расходует около 1 тонны  воды. Основной потребитель пресной воды – сельское хозяйст­во: она идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов и т.п. Для выращивания 1 т пшеницы необходимо воды 1500 т , 1 т риса – 7000 т, 1 т хлопка – 10 000 т.

Вода необходима практически всем отраслям промышленно­сти. На производство 1 т чугуна требуется воды 50 –150 т, 1 т пластмасс – 500 –1000 т, 1 т цемента – 4500 т, 1 т бумаги – 100 000 т. На электростанциях мощностью 300 тыс. кВт расход воды составляет 300 млн. т/год.

Перечисленные производства потребляют только пресную воду. Рас­четы же показывают, что пресная вода на планете составляет всего 2,5% от всех запасов воды, 85% – соленая вода морей и океанов, содержащая до 35 г/л солей. Запасы пресной воды на Земле распределены крайне неравномерно: 72,2% – льды; 22,4% – грунтовые воды; 5,05% – устойчивый сток рек и вода озер; 0,35% – ат­мосферная вода. В свою очередь, на долю пресной воды, которую человечество может использовать, приходится всего 10–2% пресной воды на Земле.

Наблюдается постоянный рост водопотребления как на произ­водственные, так и на бытовые нужды людей. В среднем в городах с насе­лением более 1 млн. человек потребляется воды: в Москве – 400, в Лондоне – 170, в Санкт –Петербурге – 500, в городах США – 200, в Париже – 130, в Берлине – 250, в Брюсселе – 85 л/сутки на человека.

Интенсивная хозяйственная деятельность чело­века привела к деградации гидросферы – загрязнению и истощению поверхностных и подземных вод.

Истощение вод – недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных). И то и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся связи в системе человек – биосфера.

Практически во всех крупных городах мира, где подземные воды длительное время эксплуатировались мощными водозаборами, возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с радиусами 20 км и более, их образование может, в свою очередь, вызывать медленное оседание и деформацию земной поверхности. В Москве глубина депрессии достигает в отдельных районах города 110 м.

По данным Государственного водного реестра, в 90-е гг. в России подземные водозаборы достигали 125 млн. м3/сутки. В результате на значительных территориях резко изменились условия взаимосвязи подземных вод с другими компонентами природной среды, нарушилось функционирование наземных экосистем: сокращение речного стока, высыхание родников, ручьев и небольших рек, осушение заболоченных территорий с большим видовым разнообразием растительности, гибель лесов, влаголюбивой растительности – гигрофитов и др.

Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока. Этот процесс объясняют уменьшением уровня водности и чистоты малых рек (длиной не более 100 км), наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. Именно они оказались восприимчивыми к антропогенному воздействию. В настоящее время состояние малых рек и озер, особенно в Европейской части России, катастрофическое. Сток малых рек снизился более чем наполовину, качество воды в них неудовлетворительное. Многие полностью прекратили свое существование.

Истощение вод (поверхностных и подземных) обусловлено изъятием на хозяйственные нужды большого ее количества. Примером может служить трагедия Аральского моря вследствие недопустимо высокого забора воды на орошение из Амударьи и Сырдарьи. Осушенное дно Арала стало сегодня крупнейшим источником пыли и солей, а изменение приаральского ландшафта можно охарактеризовать как опустынивание; человек “своими руками” создает на Земле новую пустыню.

К другим значительным видам воздействия человека на гидросферу следует отнести создание крупных водохранилищ, которые коренным образом меняют природную среду на прилегающих территориях. Это затопление значительных площадей плодородных земель, изменение режима подземных вод, разрушение берегов (оползни, карст), активация сейсмической деятельности, подтопление близлежащих территорий, прекращение естественного воспроизводства многих ценных пород рыб и т.д.

Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ. Оно проявляется в изменении физических и органолептических свойств (снижение прозрачности, появление окраски, запаха, привкуса), увеличении содержания солей (сульфатов, хлоридов, нитратов, тяжелых и радиоактивных элементов и т.д.), появлении болезнетворных микроорганизмов, сокращении растворенного в воде кислорода и т.п.

Так, в результате минерализации воды количество солей в во­дах постоянно растет, даже в такой объемной водной системе, как бассейн реки Волги с ее притоками Камой и Окой. В ряде небольших рек, например в Северном Донце, вода уже не пре­сная, а солоноватая. Средняя минерализация рек Украины составля­ет 2 – 3 г/л. В Каму по­ступают промышленные стоки с минерализацией 1,5 – 5,0 г/л. В настоящее время многие реки Урала не могут быть использованы как источники водоснабжения.

Основная причина засоленности вод – истребление лесов, распашка степей, выпас скота. Вода слабее задерживается в почве, не увлажняет ее, не пополняет почвенные источники, а скатывается через реки в море. Для снижения засоленности рек следует проводить по­садку лесов. Другая причина – дренажные воды, объем их сброса к 2005 г. составит 40 – 45 км3. Системы орошения потребляют обычно 1 – 2 тыс. м3/га, их минерализация составляет до 20 г/л.

Наибольший след в мине­рализации воды оставляет сброс промышленных стоков. По данным 2000 г., их объем в России был равен объему стока такой боль­шой реки, как Кубань.

Для характеристики сточных вод существуют следующие показатели (усло­вия спуска сточных вод в водоемы регламентируются “Правила­ми охраны поверхностных вод от загрязнения сточными вода­ми”):

мутность воды – масса дисперсных частиц (мг), взвешенных в 1 л воды (мг/л); измеряется с помощью мутнометра. В нем ис­следуемую воду сравнивают с эталонным раствором, приготовленным из каолина (сорт глины) или инфузорной земли в дистиллированной воде;

цветность воды – показатель качества воды, определяемый сравнением интенсивно­сти окраски испытуемой воды со стандартной шкалой, выражается в градусах цветности;

сухой остаток – масса вещества (мг), которое остается после выпаривания 1 л воды (мг/л);

кислотность воды измеряется в единицах рН; природная во­да обычно имеет щелочную реакцию (рН > 7);

жесткость воды – содержание солей в воде, в основном кальция и магния.  Различают три вида жесткости: общую, обусловлен­ную присутствием солей кальция и магния (Са2+ и Mg2+); постоянную, связанную с содержанием ионов Сl- и SO2-4 (кипячение воды в течение 1 ч не устраняет ее); устранимую (временную), предотвращаемую кипячением воды;  при этом протекает реакция:

Са(НСО3)2СаСО3 + СО2 + Н2О.

Жест­кость измеряется в мг-экв/л солей магния и кальция (1 мг-экв соответствует 28 мг СаО) и в градусах (1° – количество солей кальция и магния, соответствующее 10 мг СаО в 1 л воды);

растворимый кислород – это концентрация растворенного в воде кислорода (мг/л), зависящая от температуры воды и барометрического давления. Чем выше температура воды и ниже атмосферное давление, тем меньше растворимого в воде кислорода;

биологическая потребность в кислороде – количе­ство кислорода, поглощаемое микроорганизмами в сточ­ных водах, она численно равна уменьшению количества растворенного в воде кислорода в течение 5 или 20 суток при температуре 20°С.

В зависимости от условий образования сточные воды делятся на:

бытовые – стоки душевых, прачечных, бань, столовых, туалетов, стоки от мытья полов и т.п. Их объем  в среднем составляет 0,5 – 2 л/с с 1 га жилой за­стройки города, они содержат ~ 58% органиче­ских и ~42% минеральных веществ;

атмосферные или ливневые стоки; по статистике 1 раз в год происходит ливневый сток 100 – 150 л/с с 1 га; 1 раз в 10 лет – 200 – 300 л/с с 1 га. Особенно опасны ливневые стоки для промышленных предприятий: из-за неравномерности и непредсказуемости сбор и очистка их затруднены;

промышленные – жидкие отходы, которые возникают в процессе промышленного производства.

Водоемы – сложные экологические системы, которые создавались в течение длитель­ного времени. В ходе биотического круговорота и хозяйственной деятельности человека в них постоянно поступают органические и неорганические вещества естественного и антропогенного происхождения. Поэтому в водоемах идут процессы, возвращающие экосисте­мы к первоначальному состоянию, – процессы самоочищения. Важнейшие из них:

– коагуляция и осаждение взвешенных в воде частиц;

– окисление (минерализация) органических примесей;

– окисление минеральных примесей растворенным в воде кислородом;

– нейтрализация кислот и оснований за счет буферной ем­кости воды водоема;

– гидролиз солей тяжелых металлов, приводящий к образо­ванию малорастворимых гидроксидов и выделению их из воды и др.

Если поступление веществ в водоемы не превышает их естественной очистительной способности (емкости), то водная экосистема способна находиться в состоянии равновесия – гомеостазе. Если же очистительная способность водоемов будет превышена, то отклонения от состояния равновесия в экосистеме будут столь сильными, что произойдет гибель популяций водных организмов. В таких условиях возврат к исходному состоянию равновесия уже невозможен, а следовательно, экосистема в целом погибает.

Самое важное условие правильного протекания биохимических процессов в водоемах и обеспечения ими самоочищения воды – оптимальная концентрация растворенного кислорода. Если кислорода недостаточно, то высшие организмы погибают. Органические соединения вместо окисле­ния подвергаются анаэробному разложению с выделением серо­водорода, углекислого газа, метана и водорода, а оно создает вто­ричное загрязнение водоема.

Основной критерий качества воды в нашей стране – сравнение с предельно допустимой концентрацией веществ (ПДК) (в настоящее время вместо ПДК используют ВДУ – временно допустимые уровни (загрязнения)), содержащихся в воде. Если концентрации веществ в воде не превышают ПДК, то качество воды считается хорошим. При этом сброс в водоемы новых веществ, ПДК которых не оп­ределены, запрещен.

Но ПДК установлены далеко не для всех веществ, кроме того, в справочниках имеются значения не для сточных вод, а для водоемов. У хозяйственников по этой причине появляется желание достичь заданного ПДК простым разбавлением сточных вод, что часто они и делают. Око­ло половины объема сточных вод на Земле перед сбросом в водоемы вообще не подвергается специальной очистке. Их обезвреживание состоит лишь в разбавлении чистой водой и самоочищении водо­емов. Так, сточные воды заводов по производству поли­этилена и полистирола разбавляют в 30 раз, синтетического каучука – в 185 раз. Выход из создавшегося положения – образования замкнутых водооборотных систем.

Замкнутые водооборотные системы.

Стоимость очистки сточных вод очень велика. Так, если принять стоимость 90%–ной очистки за 1 единицу, то очистка на 99% дороже в 10 раз (10 единиц), а очистка стоков на 99,9%, которая как раз и требуется чаще всего, будет больше уже в 100 раз, т. е. составит 100 единиц. Поэтому частичная очистка сточных вод от загрязнений с целью их повторного использования в том же производстве оказывает­ся значительно дешевле их полной очистки. На этой концепции базируются замкнутые водооборотные системы – системы очистки промышленных стоков, в которых локально очищенная вода не сбрасывается в окружающую среду, а направляется снова в производственный цикл.

Для оценки качества замкнутых водооборотных систем предприятий ис­пользуется критерий кратности использования воды в обороте( n):

,

где Qисп – общий объем воды, потребляемый предприятием; Q3 – забор свежей воды предприятием. Величины Q измеряют в м3/ч или м3/т сырья либо продукции. Чем больше кратность использования, тем совершеннее схе­ма водоснабжения. В США среднее значение n в 2000 г. составило 7,5, в России по отраслям:

нефтехимия – 7;

черная и цветная металлургия – 5,25;

пищевая промышленность – 3;

теплоэнергетика – 2,25;

производство стройматериалов  – 1,6;

легкая промышленность – 1,3.

В ближайшие годы в России планируется довести этот показатель до 7 (в среднем по предприятиям), а в США – до 27.

Создание замкнутых систем вод­ного хозяйства – весьма сложная задача. Крайне разнообразный химический состав сточных вод делает невозможной разработку универсальной бессточной технологической схемы. Поэтому можно говорить лишь об общих прин­ципах создания и проектирования бессточных схем:

– разработке научно обоснованных требований к качеству воды, используемой во всех технологических процессах и опера­циях. В подавляющем большинстве случаев нет необходимости в использовании воды питьевого качества;

– максимальном внедрении систем воздушного охлаждения вместо водяного. Так, например, в результа­те внедрения установок воздушного охлаждения на предприяти­ях нефтепереработки потребление воды в среднем сократилось на 110 – 160 млн. м3/год (Омский нефтеперерабатывающий за­вод);

– размещении на промышленных площадях комплекса про­изводств (так называемых территориально-производственных комплексов), что должно обеспечить возможность много­кратного (каскадного) использования воды в технологических процессах и операциях;

– применении воды для очистки газов от твердых частиц, это допустимо только в замкнутых циклах.

Методы очистки сточных вод.

Загрязненные сточные воды – это воды, которые в процессе использования засоряются различными компонентами и сбра­сываются без очистки, а также те, которые проходят очи­стку при норме, ниже установленной органами Государственного комитета РФ по охране окружающей среды. Сброс таких вод вызывает ухудшение качества воды в водном объекте.

Очистка промышленных стоков – это комплекс различных методов. Наиболее широко используется комбинация механической, реагентной (химической) и биохимической очисток.

1. Механическая очистка стоков включает в себя: отстой сточных вод в специаль­ных отстойниках, в результате которого происходит осаждение взвешенных в воде частиц; сбор нефтепродуктов и других нерастворимых в воде жидкостей с поверхности воды в отстойниках; фильтрацию воды через слой песка толщиной 1,5 – 2 м.

2. Реагентная (химическая) очистка – химическая очистка сточных вод путем обработки их реагентами, которые нейтрализуют загрязняющие вещества и переводят их в нетоксичную или малорастворимую форму.

3. Биохимическая очистка. Аэробная биохимическая очистка заключается в минерализации органических веществ промышленных или бы­товых стоков окислением их в присутствии аэробных микроорганизмов (минерализаторов). При этом микроорганизмы используют загрязняющие воду вещества в качестве продуктов питания. Процесс очистки проходит в условиях интенсивного потребления микроорганиз­мами растворенного в воде кислорода. Чаще всего источником аэробных бактерий служит так называемый активный ил.

В основе анаэробной биохимической очистки лежит метановое брожение, осуществляемое в присутствии метанообразующих бактерий. В качестве продуктов брожения получаются газ, состоящий из метана (65%) и СО2 (33%), и оса­док, который уплотняют, сушат и затем используют как удобрение или, если есть токсич­ные примеси, сжигают.

Эффективность биохимической очистки на самых современных установках 90% по органиче­ским веществам и лишь 20 – 40%  по неорганическим, так как в результате нее практически не снижается солесодержание воды.

4. Обеззараживание воды. Последней стадией подготовки воды для питьевых нужд является ее обеззараживание – уничтожение в ней болезнетворных микроорганизмов с помощью хлора, фтора или озона. Через воду могут распространяться такие страшные инфекционные заболевания, как холера, брюшной тиф, гепатит и т.п. Долгие го­ды обеззараживание воды осуществляли хлорированием. Однако при взаимодействии хлора с ароматическими соединениями, содержащимися в воде, образуются полихлорированные бифенилы. Окис­ляясь, они превращаются в диоксины – яды. Учитывая этот факт, в 80-е гг. во многих странах перешли к обработке воды фтором, однако оказалось, что это не менее вредно, чем хлорирование. В настоящее время наиболее перспективным и безвредным считается обеззараживание воды озоном (О3).

5. Очистка воды от солей (деминерализация воды).

Вода питьевого качества должна содер­жать солей не более 1000 мг в литре, из них: хлоридов не более 350 мг/л и суль­фатов не более 500 мг/л. Существует несколько методов деминерализации природных и сточных вод:

– дистилляция (выпаривание); при кипячении сточной воды в пар переходит вода и летучие органические вещества, а минеральные и органические соли остаются в кубе. Основной недостаток этого метода – большой расход энергии – 0,080 ГДж/т. По этой причине самые мощные вы­парные установки сооружают на предприятиях атомной энергетики, имеющих дешевую тепловую энергию. Напри­мер, в г. Шевченко на базе атомного реактора методом дистилляции производят опреснение морской воды;

– вымораживание; при кристаллизации воды, содержащей соли, в первую очередь выделяются кристаллы пресного льда. По сравнению с дис­тилляцией вымораживание имеет энергетические, технологиче­ские, конструкционные преимущества;

– мембранные методы основаны на свойстве полупроницаемых мембран (синтетические полимерные пленки) избирательно пропускать через себя молекулы воды, но задерживать растворенные в ней соли и органические вещества. К ним относят электродиализ и ультрафильтрацию (обратный осмос). Электродиализ – метод деминерализации и концентрирования растворов, основанный на направленном переносе ионов солей в поле постоянного тока через полупроницаемую мембрану. За рубежом этот метод полу­чил широкое распространение для обессоливания морской воды. Например, в Ливии функционирует установка производительностью 20 тыс. м3/сутки, в США –  400 тыс. м3/сутки.

Метод обратного осмоса базируется на очистке водных растворов путем их фильтрации через полупроницаемую мембрану под давлением 6 – 8 МПа. Процесс характеризуется относительно небольшими затратами энергии. За ру­бежом освоено производство подобных установок производительностью до 1 тыс. м3/сутки;

– ионный обмен основан на избирательном поглощении ионов, содержащихся в воде, в слое ионита и является основ­ным для приготовления глубоко обессоленной воды для АЭС и ТЭС с котлами сверхвысокого и критического давления. Кроме того, он используется в водооборотных циклах на предприятиях для концентрирования и извлечения из сточных вод ценных компонентов (например, ионов тяжелых металлов). Широкое применение этот метод нашел и в практике смягчения воды, т. е. избавления ее от солей постоянной жест­кости.

6. Удаление остаточных органических веществ. После очистки в сточных водах могут остаться органические вещества. Лучший спо­соб их удаления – адсорбция активированным углем. Для этого воду пропускают через колонки с активи­рованным углем (время контакта 20 – 40 мин). Адсорбция эффективна для большин­ства органических соединений и используется для очистки бы­товых стоков от жидких отходов перегонки нефти, фенолов и других ароматических соединений. Метод позволяет очистить сточные воды до биологической потребности в кислороде менее или равно  1 мг О2/л (меньше нормы по ГОСТ).

Охрана атмосферы.

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения вредными веществами используют:

– экологизацию технологических процессов;

– очистку газовых выбросов от вредных примесей;

– рассеивание газовых выбросов в атмосферу;

– устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Наиболее радикальная мера охраны атмосферы от загрязнения – экологизация технологических процессов и в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в воздух загрязняющих веществ. Для уменьшения загрязнения атмосферы автомобильными выхлопами ученые ведут исследования по созданию экологически “чистых” видов транспорта. В частности, делаются попытки замены бензина более “чистым” топливом – метанолом (метиловый спирт), водородом и т.п., а также замены карбюраторных двигателей дизельными, газотурбинными и т.д.

К сожалению, нынешний уровень развития экологизации технологических процессов недостаточен для полного предотвращения выбросов токсических веществ в атмосферу. Поэтому на предприятиях повсеместно используются различные методы очистки газовых выбросов от токсичных веществ и аэрозольных частиц.

Основные загрязнители атмосферы.

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, негативно влияющих на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем. Оно может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным). Естественное вызвано природными процессами. Сюда относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др.; антропогенное – выбросы в атмосферу различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своему объему оно зачастую превосходит природное загрязнение.

В зависимости от масштабов распространения выделяют местное, региональное и глобальное типы загрязнений атмосферы. Первое характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона и др.); при втором в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные пространства, но не вся планета; третье связано c изменением состояния атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию выбросы веществ в атмосферу классифицируются на: газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).

Главные загрязнители воздуха (поллютанты) образуются в процессе производственной и иной дея­тельности человека;  это диоксид серы (SO2), оксид углерода (СО) и твердые частицы; на их долю приходится около 98% от об­щего объема выбросов вредных веществ в атмосферу. Суммарный мировой выброс в атмосферу этих загрязнителей составил в 1990 г. – 401 млн. тонн (в России – 26,2 млн. тонн). Помимо них, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ.

Другой формой загрязнения атмосферы является локальное избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Признаком этого являются так называемые термические зоны, например, “остров тепла” в городах, потепление водоемов и т.п.

В целом, если судить по официальным данным за 1999 – 2002 гг., уровень загрязнения атмосферного воздуха в городах России остается высоким, несмот­ря на значительный спад производства. Это объясняют, прежде всего, увеличением количества автомобилей, в том числе неисправных и подержанных.

В настоящее время в основном загрязняют атмосфер­ный воздух на территории России такие предприятия, как тепловые и атомные электростанции, про­мышленные и городские котельные и др., по производству черной и цветной металлургии, стройматериалов, по нефтедобыче и нефтехимии, автотранс­порт.

В развитых промышленных странах Запада, например, основное количество выбросов вредных веществ приходится на авто­транспорт (50 – 60%), тогда как на долю теплоэнергетики зна­чительно меньше, всего 16 – 20%.

Тепловые электростанции. Котельные уста­новки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выбрасывается дым, содержащий продукты полного (ди­оксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. При переводе установок на жидкое топливо (мазут) снижаются вы­бросы золы, но практически не уменьшаются выбросы оксидов серы и азота. Наиболее чистым является газовое топливо, которое загрязняет атмосферный воздух в три раза меньше, чем мазут и в пять раз меньше, чем уголь.

Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки) – выделяет продукты неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и цветная металлургия. При выплавке одной тонны стали в атмосферу попадает 0,04 тонн твердых частиц, 0,03 тонн оксидов серы и до 0,05 тонн оксида углерода. Заводы цветной металлургии сбрасывают в атмосферу соединения марганца, свинца, фосфора, мышьяка, пары ртути, парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ.

Химическое производство. Выбросы предприятий данной отрасли невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее ввиду своей весьма высокой токсичности, разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для всей биоты. Атмосферный воздух загрязняется оксидами серы, соединениями фтора, аммиаком, нитрозными газами (смесь оксидов азота), хлористыми соединениями, сероводородом, неорганической пылью и т. д.

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сотен миллионов автомобилей, которые, сжигая огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняют атмосферный воздух (особенно крупных городов). Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (в большей степени карбюраторных) содержат такие токсичные соединения, как бенз(а)пирен, альдегиды, оксиды азота и углерода и соединения свинца (в случае применения этилированного бен­зина). Правильная регулировка топливной системы автомобилей позволяет сни­зить количество вредных веществ в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы (каталитические дожигатели) –уменьшить токсичность выхлопных газов в 6 и более раз.

Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха происходит также при добыче и переработке сырья на нефте- и газоперерабатывающих заводах, при вы­бросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжи­гании мусора и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промыш­ленные комплексы по производству мяса, распыление пести­цидов и т.д.

Физико-химические методы очистки воздуха.

Наиболее распространены адсорбционные, абсорбционные и каталитические методы очистки газов. Санитарная очистка промышленных газов включает в себя очистку от СО2, СО, оксидов азота, SO2 и от взвешенных частиц.

Очистка газов от СО2:

а) абсорбция (поглощение) водой, растворами этаноламинов и холодным метанолом; б) поглощение цеолитами. Углекислый газ избирательно поглощается цеолитами (молекулярные сита), поэтому их используют для извлечения СО2 из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности человека (влаги и СО2) в современных эко­логически изолированных системах (космические корабли, под­водные лодки и т.д.).

Очистка газов от СО:

а) дожигание на катализаторах; б) конверсия водяным паром:

СО + Н2О -> СО2 + Н2.

Очистка газов от оксидов азота: а) окислительные методы очистки основаны на реакции окисления оксидов азота с последующим поглощением их водой с образова­нием HNO3; б) восстановительные каталитические методы очистки основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных продуктов в при­сутствии катализаторов или под действием высоких температур в присутствии восстановителей; в) сорбционные методы очистки включают абсорбцию оксидов азота водными растворами щелочей и известью, адсорбцию оксидов азота твердыми сорбента­ми (уголь, торф, силикагели, цеолиты и т.д.).

Очистка газов от SO2 осуществляется аммиачным, нейтрализационным и ка­талитическим методами [3].

Очистка газов от взвешенных частиц (пыли) происходит с помощью специ­альных фильтров (фильтры Петрянова), скрубберов, циклонов и т.д.

Охрана литосферы.

Защита литосферы включает в себя защиту почв от деградации и потерь в результате водной и ветровой эрозии, заболачивания, засоления, загрязнения, необоснованного изъятия их из сельскохозяйственного оборота и т.п. В понятие “охрана литосферы” входит также утилизация отходов, охрана и рациональное использование недр, рекультивация нарушенных территорий, защита массивов горных пород и т.п.

Твердые отходы и методы их утилизации.

Основные виды загрязнения литосферы – твердые бытовые и промышленные отходы. На одного жителя в городе в среднем приходится в год примерно по 1 тонне твердых отходов, причем этот показатель ежегодно растет. Рассмотрим основные методы охраны окружающей среды от твердых бытовых и промышленных отходов, но прежде познакомимся с такими  основными понятиями, как:

утилизация отходов (от лат. utilis — полезный) – вовлече­ние отходов в новые технологические циклы и дальнейшее их хозяйственное использование, утилизация промышленных отходов – их использование в качестве вторичного сырья, топлива, удобре­ний и т. п.;

реутилизация – повторная, иногда многократно-последо­вательная переработка образовавшихся ранее отходов;

захоронение отходов – помещение их под землю в специально созданные выемки, брошенные угольные шахты и др. в целях исключения возможности их дальнейшего использова­ния и предотвращения попадания загрязняющих веществ в ок­ружающую среду;

детоксикация (обезвреживание) отходов – освобождение их от вредных (токсичных) компонентов на специализирован­ных установках.

В настоящее время и по масштабам накопления, и по степе­ни негативного воздействия на окружающую среду экологиче­ской проблемой века стали твердые отходы. Поэтому их сбор, удаление, детоксикация, переработка и утилизация – од­на из главнейших задач инженерной защиты окружающей при­родной среды. Важна защита среды обитания и от обычных, т.е. нетоксичных отходов. На урбани­зированных территориях размещение отходов уже сейчас имеет первостепенное значение среди экологических проблем. Решение этого вопроса регламентируется Законом Рос­сийской Федерации об охране окружающей природной среды и находит отражение в Федеральной целевой комплексной про­грамме “Экологическая безопасность России (1993–1995)”.

Рассмотрим, как в современный период осуществляют за­щиту окружающей среды от твердых бытовых и промышлен­ных отходов, а также от радиоактивных и диоксинсодержащих отходов. В отечественной и мировой практике наибольшее распро­странение получили следующие методы переработки твердых бытовых отходов (ТБО):

– строительство полигонов для захоронения и их частичной переработки;

– уничтожение на мусоросжигающих заводах;

– компостирование (с получением ценного азотного удоб­рения или биотоплива);

– ферментация (получение биогаза из животноводческих стоков и др.);

– предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных компонентов;

– пиролиз (высокомолекулярный нагрев без доступа воз­духа) ТБО при температуре 1700 °С.

По оценке ряда специалистов, на данной стадии разви­тия производства, которое в целом характеризуется преоблада­нием ресурсопотребляющих технологий и огромным накопле­нием отходов, наиболее приемлемым методом следует признать строительство полигонов для организованного и санкциониро­ванного хранения отходов и частичной их переработки (в ос­новном методом прямого сжигания). Конструктивные схемы допускают высоту таких полигонов до 60 м и послойное его заполнение с помощью бульдозеров, для чего устраивают по­логий внешний откос. При определенных условиях (инертность, слабая токсичность) совместно с ТБО могут складироваться и промышленные отходы. Особое вни­мание обращают на гидроизоляцию полигонов, чтобы исклю­чить попадание загрязняющих веществ в подземные воды. Срок полного обезвреживания отходов – 50 –100 лет.

Один из перспективных методов переработки твердых бы­товых пищевых отходов – их компостирование с аэроб­ным окислением органического вещества. Полученный компост используют в сельском хозяйстве, а некомпостируемые быто­вые отходы поступают в специальные печи, где термически разлагаются и превращаются в разные ценные продукты.

Другой метод переработки ТБО – уничтожение их на мусоросжигаю­щих заводах. На сегодняшний день в России работает лишь неболь­шое число таких заводов (Москва-2, Владивосток, Сочи, Пятигорск, Мурманск и др.). Спекание отходов в них происходит при температуре 800 – 850°С. Вторая стадия газо­вой очистки отсутствует, поэтому в золе отработанных отходов отмечается повышенная концентрация диоксинов (0,9 мкг/кг и более). С каждого кубометра сжигаемых отходов в атмосферу выбрасывается 3 кг ингреди­ентов (пыль, сажа, газы) и остается 23 кг золы.

На зарубежных мусоросжигающих заводах реализует­ся более экологичная двустадийная очистка отходящих газов; регламентируется очистка более десяти вредных компонентов, включая дибензодиоксин и дибензофураны (на отечественных заводах – четыре компонента). Режим сжига­ния предусматривает разложение отходов, в том числе обра­зующихся из пластмасс диоксинов при температуре 900 – 1000°С. До сжигания в обязательном порядке (в США, напри­мер, это устанавливается законом) проводится предвари­тельная сортировка твердых отходов, что на порядок снижает содержание вредных веществ в газах и шлаках.

На заводах по пиролизу ТБО при температуре 1700°С прак­тически утилизируются все материальные и энергетические компоненты, что резко снижает загрязнение окружающей сре­ды. Однако технологический процесс очень трудоемкий, по существу, завод по пиролизу – это доменная печь.

К новейшим отечественным разработкам относится техно­логия комплексной переработки ТБО, предложенная НИИ ресурсосбережения. Она предусматривает предваритель­ную механизированную сортировку ТБО (извлечение черных и цветных металлов, выделение части балластных компонентов – стеклобоя, бытовых электробатареек, выделение текстильных компонентов и др. для последующего их использования или ликвидации).

Термообработка обогащенной и подсушенной фракции му­сора осуществляется при температуре до 1000°С, обогащен­ные шлаки перерабатываются и сжигаются в камни строитель­ного назначения, предусматривается двустадийная современ­ная газоочистка.

Мусороперерабатывающий завод нового типа, функционирующий по данной комбинированной технологии, дает всего 15 % отхо­дов.

И все же следует подчеркнуть, что и у нас в стране, и за рубежом основная масса ТБО из-за нехватки полигонов вывозится в пригородные зоны и вы­брасывается на свалки. Экологическое состояние свалок явно неудовлетворительное: отходы на них разлагаются, часто заго­раются и отравляют воздух токсичными веществами, а дожде­вые и талые воды, просачиваясь через толщу горных пород, загрязняют грунтовые воды.

Законом Российской Федерации об охране окружающей при­родной среды предусмотрено, чтобы складирование и за­хоронение отходов производить в местах, определяемых решением органов местного самоуправления по согласованию (а потенциально опасных и особо токсичных отходов по разреше­нию) специально уполномоченных на то государственных ор­ганов в области охраны окружающей природной среды.

Основное направление ликвидации и переработки твер­дых промышленных отходов – захоронение их на полигонах, сжигание, в частности, методом пиролиза и скла­дирование в поверхностных хранилищах (шламонакопители, хвостохранилища и др.).

Токсичные твердые промышленные отходы обезврежива­ют на специальных полигонах и сооружениях. Для предотвра­щения загрязнения почв и подземных вод  их отверждают цементом, жидким стеклом, битумом, обрабатывают полимерными вяжущими веществами и т. д.

Земельные участки для захоронения выбирают с соблюдением “Санитарных правил о порядке накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных промышленных отходов” и СНиП 2.01.28-85 “Полигоны по обез­вреживанию и захоронению токсичных промышленных отхо­дов”. Полигоны запрещено размещать в сильно заболоченных местах, на территориях зеленых зон городов, в зонах санитар­ной охраны курортов, питания подземных источников питьевой воды, активного карста, оползней, селевых потоков, снежных лавин.

В случае особо токсичных промышленных отходов их за­хоронение производят на предназначенных для этого полигонах в котлованах глубиной до 12 м в специальной таре и рабочих железобетонных емкостях.

В стратегическом плане, по мнению многих ученых и спе­циалистов, проблема отходов должна решаться на месте их об­разования путем внедрения ресурсовозобновляющих техноло­гий, обеспечивающих минимизацию промышленных выбросов и вы­хода отходов. Концепция ресурсовозобновляющих технологий впервые была предложена еще в 60-х гг. Планируется создать экозащитные системы нового поколения – многопрофильные комбинаты (“Экополигон”), способные совме­стно перерабатывать все виды антропогенных отходов данного города и региона. При этом более 80% отходов превращаются во вторичные ресурсы и биосферные вещества, восстанавлива­ется качество окружающей природной среды путем санирова­ния (оздоровления) старых свалок и других мер.

По мнению авторов, данный вариант решения проблемы отходов, в основе которого лежит теория трофоэнергетического функционирования экосистем и круговорота веществ, позво­ляет:

– использовать экологически безопасные технологические процессы;

– исключить прямое сжигание органических веществ;

– обеспечить совместимость конечных продуктов с биосфе­рой и включение их в круговорот веществ в природе;

– перекрыть затраты и издержки производства за счет реа­лизации вторичных ресурсов, отдельных видов промыш­ленной продукции, платы за отходы, предотвращения ущерба окружающей природной среде.

Очень сложной и пока еще не решенной проблемой являет­ся обезвреживание и захоронение радиоактивных и диоксинсодержащих отходов. Общепризнанно: избавление челове­чества от них – один из самых острых экологических моментов.

Наиболее разработанными методами утилизации муниципальных радиоактивных отходов, т.е. отходов, не связанных с дея­тельностью АЭС и военно-промышленного комплекса, явля­ются цементирование, остекловывание, битуминирование, сжи­гание в керамических камерах и последующее перемещение про­дуктов переработки в особые  хранилища (“могильники”).

На специальных комбинатах и пунктах захоронения радио­активные отходы сжимают до минимальных размеров в прес­совочной камере. Полученные брикеты помещают в пластико­вые бочки, заливают цементным раствором и отправляют в хра­нилища (“могильники”), врытые в землю на глубину 5 – 10 м. По дру­гой технологии их сжигают, превращают в пепел (золу), упа­ковывают в бочки, цементируют и отправляют в хранилища.

Всего в России действуют около 20 спецкомбинатов и пунк­тов захоронения муниципальных отходов. Один из них – НПО “Радон”, расположенный в 100 км от Москвы, перерабатывает ежегодно 3000 м3 твердых и 350 м3 жидких радиоактивных от­ходов.

Тем не менее практически все существующие способы ути­лизации и захоронения радиоактивных отходов кардинально не решают про­блему, и не видно приемлемых путей их исхода. Особенно это касается отходов АЭС и ядер­ных военных производств и в первую очередь тех из них, кото­рые относят к категории особо опасных (высокоактивных). По некоторым сведениям, их накопилось в мире более 1200 тонн и объем ежегодно увеличивается. Разработан метод захоронения особо опасных радиоактивных отходов в подземные емкости различ­ных геологических формаций (массивы каменной соли, скаль­ных грунтов и др.) на глубину не менее 600 м. Однако он не является экологически безопасным, и ученые ищут другие, более надежные способы.

Особое место в охране литосферы занимает утилизация опасных диоксинсодержащих отходов. Запрещено ис­пользование нескольких десятков диоксинсодержащих веществ, а также низкотемпературное сжигание мусора. Для этого меняются тех­нологии, например, производства бумаги, внедряется повсеме­стный строжайший контроль за содержанием диоксинов в про­мышленной продукции, отходах и продуктах.

Для борьбы с диоксинсодержащими отходами в нашей стра­не важное значение имело принятие летом 1993 г. проекта пер­вого этапа федеральной программы “Защита окружающей при­родной среды и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикантов”. В настоящее время в Российской Федерации ут­верждена норма предельно допустимых концентраций для ди­оксинов – 0,5 пг/м3. Разра­ботаны и внедрены (на водопроводах Уфы и Москвы) техноло­гии очистки воды от диоксинов сорбцией на гранулированных активных углях. Борьба с диоксинами осложняется отсутствием в достаточном количестве современной аналитической аппара­туры, малым числом специальных лабораторий, недостаточ­ной квалификацией персонала, высокой стоимостью приборов зарубежных фирм и т.д.

Восстановление земель после техногенных нарушений.

Основное мероприятие по восстановлению земель после техногенных нарушений – их рекультивация – комплекс работ, проводимых с целью восстановления нарушенных территорий и приведения земель­ных участков в состояние безопасности.

Нарушение территории происходит в основном при откры­той разработке месторождений полезных ископаемых, а также в процессе строительства. В таком случае земли теряют первона­чальную ценность и отрицательно влияют на окружающую при­родную среду.

Объекты рекультивации: карьерные выемки, провальные ворон­ки, терриконы, отвалы и другие карьерно-отвальные ком­плексы; земли, нарушенные при строительных работах, а также в результате загрязнения их жидки­ми и газообразными отходами (нефтезагрязненные зем­ли, газогенные пустыни и др.); территории полигонов твердых отходов.

Рекультивацию (восстановление) осуществляют последо­вательно, поэтапно. Различают техническую, биологическую и строительную рекультивации.

Техническая рекультивация – предварительная под­готовка нарушенных территорий для различных видов исполь­зования. В состав работ входят: планировка поверхности, сня­тие, транспортировка и нанесение плодородных почв на рекультивируемые земли, формирование откосов выемок, подготов­ка участков для освоения и т.п.

На данном этапе рекультивации засыпают карьерные, строительные и другие выемки, в глубоких карье­рах устраивают водоемы, полностью или частично разбирают терриконы, отвалы, закладывают “пустыми” породами выработанные подземные пространства. После за­вершения процесса осадки поверхность земли выравнивают.

Биологическая рекультивация проводится после техниче­ской для создания растительного покрова на подготовленных участках. С ее помощью восстанавливают продуктивность нарушенных земель, формируют зеленый ландшафт, создают ус­ловия для обитания животных, растений, микроорганизмов, ук­репляют насыпные грунты, предохраняя их от водной и ветро­вой эрозии, создают сенокосно-пастбищные угодья и т. д. Ра­боты по биологической рекультивации ведут на основе знания развития сукцессионных процессов.

При благоприятных условиях рекультивацию нарушенных земель осуществляют не по всем этапам, а выбирают какое-либо одно преимущественное направление: водохозяйственное, рекреационное и др. (см. табл.1). Например, на территориях, подверженных воздействию газодымовых выбросов от промышленных предприятий, рекомендуется санитарно-гигиеническое направление рекультивации с использо­ванием газоустойчивых растений.

Таблица 1 Использование рекультивированных земель в зависимости от направления рекультивации

Очень сложно рекультивировать зем­ли, загрязненные нефтью, так как они имеют обедненную биоту и содержат канцеро­генные углеводороды типа бенз(а)пирена. Здесь необхо­димы рыхление и аэрация почвы, использование бактерий, потребляющих нефть, посев специально подобранных трав и др.

При необходимости выполняют также строительный этап рекультивации, в ходе которого на подготовленных террито­риях возводят здания, сооружения и другие объекты.

Работы по рекультивации нарушенных территорий проходят в соответствии с нормативно-инструктивными материалами и ГОСТ. Например, действует ГОСТ 17.5.3.04-83. “Охрана природы. Зем­ли. Общие требования к рекультивации земель”.

Сегодня уже нельзя ограничиться только восстановлени­ем нарушенного массива, плодородия земель, созданием рас­тительного покрова, а важно восстанавливать и все другие ком­поненты природной среды. Необходима комплексная рекуль­тивация, а точнее рекультивация природной среды.

Особо охраняемые природные территории.

Особо охраняемые природные территории – это участки суши или водной поверхности, которые в силу сво­его природоохранного и иного значения полностью или час­тично изъяты из хозяйственного пользования и для которых установлен режим особой охраны.

Закон о них был принят Государственной Думой 15 февраля 1995 г., он предназначен для поддержания экологического баланса, сохране­ния генетического многообразия природных ресурсов, наибо­лее полного отражения биогеоценотического разнообразия биомов страны, изучения эволюции экосистем и влияния на них антропогенных факторов, а также для решения различных хо­зяйственных и социальных задач. Различают следующие катего­рии особо охраняемых природных территорий.

Государственные природные заповедники – участки тер­ритории, которые полностью изъяты из обычного хозяйствен­ного использования с целью сохранения в естественном состоя­нии природного комплекса. В основу природно-заповедного дела положены основные принципы:

–             создание как в своеобразных “эталонах” при­роды условий, необходимых для сохранения и развития всех видов животных и растений;

–             поддержание экологического равновесия ландшафтов путем охраны природных экосистем;

–             возможность изучения эволюции природных экосистем, как в региональном, так и в более широком биогеографическом плане; решение многих аутэкологических и синэкологических вопросов;

– сеть заповедных объектов должна отображать широтно-меридиональные, а в горных регионах – высотные закономер­ности распространения экосистем;

– включение в сферу деятельности заповедников социально-экономических вопросов, связанных с удовлетворением рек­реационных, краеведческих и иных нужд населения.

Заповедники рассматривают и как природные комплексы, изъятые из хозяйственного оборота, и как научно-исследова­тельские учреждения, выполняющие научные, охранительные, культурно-просветительские и иные функции.

В 2001 г. в России насчитывалось 100 заповедников. Самые крупные – Таймырский и Усть-Ленский, площадь каждого из них превышает 1,5 млн. га. Уни­кальны по разнообразию растительного и животного мира не­тронутые человеком уголки природы в Тебердинском, Алтайском, Кроноцком (Камчатка), Воронежском и дру­гих заповедниках нашей страны. Для сглаживания влияния при­легающих территорий, особенно в зонах с хорошо развитой ин­фраструктурой, вокруг заповедников создают охранные зоны, в которых хозяйственная деятельность ограничена.

Биосферные заповедники. Такой статус присвоен ЮНЕСКО некоторым из российских заповедников. В 2001 г. в России насчитывалось 100 государственных природных заповедников, 25 из них биосферные, которые используются в качестве фонового заповедно-эталонного объекта при изучении биосферных процессов. Согласно статистическим данным, на конец сентября 2001 г. всемирная сеть включает 411 биосферных территорий в 94 странах мира.

Природные национальные парки – одна из новых форм охраны и использования природных экосистем. Это относительно большие природные территории и акватории, где акцент делается на такие моменты: экологический (поддержание экологического баланса и со­хранение природных экосистем), рекреационный (регулируемый туризм и отдых людей) и научный (разработка и внедрение ме­тодов сохранения природного комплекса в условиях массового допуска посетителей). В национальных парках есть и зоны хо­зяйственного использования.

К самым известным природным национальным паркам в России относятся “Лосиный остров” (район г. Москвы), “Сочинский”, “Приэльбрусье”, “Валдайский”, “Русский Север” и др.

Природные парки – территории, отличающиеся особой эко­логической и эстетической ценностью, с относительно мягким охранным режимом и используемые преимущественно для ор­ганизованного отдыха населения. Это неком­мерческие организации, финансируемые за счет бюджетных средств. По своей структуре они более просты, чем националь­ные природные парки.

Самый крупный природный парк в России – “Русский лес” в Подмосковье. Известен также природный парк “Тургояк” в Челябинской области на берегу озера Тургояк.

Заказники – территории, созданные на определенный срок (в ряде случаев постоянно) для сохранения или восстановления природных комплексов или их компонентов и поддержания эко­логического баланса. По состоянию на 1 октября 1997 г. в Рос­сии насчитывалось более 1600 государственных природных за­казников общей площадью свыше 60 млн. гектаров.

В них уделяют внимание плотности по­пуляций одного или нескольких видов животных или расте­ний, а также природным ландшафтам, водным объектом и др. Существуют ландшафтные, лесные, ихтиологические, орни­тологические и другие типы заказников. Например, в Тих­винском районе Ленинградской области расположен заказник “Венский лес”, где под особую охрану взяты девствен­ные ельники, в то же время охота и туризм не запрещены. После восстановления плотности популяции видов животных и растений, природного ландшафта и т. д. заказники закры­ваются.

Памятники природы – уникальные природные объекты, имеющие научную, экологическую, куль­турную и эстетическую ценность. Это пещеры, небольшие урочи­ща, вековые деревья, скалы, водопады и др. Иногда для со­хранения ценнейших памятников природы вокруг них созда­ются специальные заповедники. Например, для сохранения красивейшего каскадного водопада Кивач на р. Суне (Каре­лия) создан заповедник “Кивач” площадью 102 км2. На территории, где расположены памятники природы, а их в России около 8 тысяч, запрещена любая деятельность, угрожающая их сохранности.

Дендрологические парки и ботанические сады – коллек­ции деревьев и кустарников, созданные человеком для того, чтобы не утратить биоразнообразия и обогатить растительный ми­р, а также в научных, учебных и культурно-просветитель­ных целях. Здесь проводят работы по интродукции и акклимати­зации новых для данного региона растений.

Режим особо охраняемых природных территорий соблюдается в соответствии с законодательством Рос­сийской Федерации. За его нарушение установлена административная и уголов­ная ответственность. Проведенные научные исследования и накопленный мировой опыт использования особо ох­раняемых территорий (этой эффективной формы сохране­ния природных экосистем) свидетельствуют о необходимости значительного увеличения их площади в нашей стране в бли­жайшие десятилетия.

Экологическое воспитание.

Стратегию рационального природопользования невозможно реализовать лишь эпизодическими мероприятиями или даже самыми строгими законами, так как их исполняют люди.

От воспитания людей во многом зависит, как будет понят закон, дойдет ли он до сознания, вызовет ли внутреннюю потребность актив­ного содействия. Основы экологического воспитания человека закладываются с раннего возраста, если ребенку в семье рассказывают об окружающем мире с позиции любви и бережного отношения.

Основная задача экологического воспитания – необходимость закрепить в обществе осознание того, что природные богатства не беспредельны. Современное общество не вправе жить за счет будущих поколений. Оно обязано сохранить и оставить природу потомкам не только не оскудевшей, но и обогащенной. Такая “экологизация” общественного сознания средствами воспитания и образова­ния создает благоприятные предпосылки для успешной реализации программы устойчивого развития человечества.

Основы природопользования (или основы охраны природы и ра­ционального природопользования) преподаются во всех государствен­ных школах, частных, общественных, религиозных и других средних и высших учебных заведениях, независимо от их профиля. В настоящее время Государственной Думой разрабатывается закон об экологичес­кой культуре, в котором важнейшее место отводится экологическому воспитанию, причем не только школьников и студентов, но и взрослых людей, в частности руководителей различного уровня.

Экологическое воспитание – совокупность культурных, социальных и воспитательных мер, воздействующих на чувства, сознание и взгляды людей и направлен­ных на повышение уровня экологических знаний и куль­туры у школьников, студентов, руководящих работников и населения с целью преодоления у них потребительского отношения к природе, раз­вития к ней чувства бережного отношения и осознания обществом опасности приближающейся глобальной экологической катастрофы.

Основы рационального природопользования. Основные понятия.

Природопользование – непосредственное или косвенное воздейст­вие человека на окружающую среду в процессе всей его деятель­ности. Рациональное природопользование – планомерное, научно обоснованное преобразование окружающей среды по мере со­вершенствования материального производства на основе ком­плексного использования невозобновимых ресурсов в цикле: производство – потребление – вторичные ресурсы при условии сохранения и воспроизводства возобновимых природных ре­сурсов.

Изучение процессов, протекающих в биосфере, и влияния на них хозяйственной деятельности человека показывает, что создание экологически безотходных и малоотходных произ­водств может уже предотвратить оскудение природных ресурсов и деградацию природной среды. Хозяйственная деятельность лю­дей должна строиться по принципу природных экосистем, которые экономно расходуют вещество и энергию и в которых отхо­ды одних организмов служат средой обитания для других, т. е. осуществляется замкнутый кругооборот.

Казалось бы, сегодня всем ясно, что время “покорения при­роды” безвозвратно прошло, и начался период глубокого, заин­тересованного познания ее законов. Однако на практике объемы отходов в стране растут в два-три раза быстрее, чем объем производства и численность населения. Лавина отходов загряз­няет природу, их вредные токсичные компоненты отравляют зем­лю, воздух, реки, моря и озера. Причина кроется в сиюминут­ной выгоде для производства. Но разумный человек не должен считать выгодой уничтожение всего живого, “безумное прожигание” ресурсов не только своих, но и принадлежащих будущим поколениям. Следовательно, пришло время коренным образом изменить сам подход к понятию выгодности, когда речь идет о природопользовании.

Исходя из сказанного, можно сформулировать об­щее определение рационального природопользования – это систе­ма взаимодействия общества и природы, построенная на основе на­учных законов и в наибольшей степени отвечающая зада­чам как развития производства, так и сохранения биосферы. Главный принцип рационального природопользования – “используй, охраняя, и охраняй, используя”.

Безотходные и малоотходные производства.

Термин “безотходная технология” впервые был предложен рос­сийскими учеными Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым-Соколовым в 1972 г. (в  ряде стран Западной Европы вместо терминов “мало- и безотходная технология” применяется “чистая или более чистая технология” (“pure or more pure technology”)). Безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду.

В определе­нии безотходной технологии подразумевается не только производственный процесс. Это понятие затрагивает и конечную про­дукцию, которая должна характеризоваться:

– долгим сроком службы изделий;

– возможностью многократного использования;

– простотой ремонта;

– легкостью возвращения в производственный цикл или пе­ревода в экологически безвредную форму после выхода из строя.

Теория безотходных технологических процессов в рамках ос­новных законов природопользования базируется на двух предпо­сылках: 1) исходные природные ресурсы должны добываться один раз для всех возможных продуктов; 2) создаваемые продукты после использования по прямому назначению должны относительно легко превращаться в исходные элементы нового производства.

Схема такого процесса: спрос – готовый продукт – сы­рье. Но каждый этап данной схемы требует затрат энергии, произ­водство которой связано с потреблением природных ресурсов вне замкнутой системы. Вторым препятствием полной замкнутости процесса является износ материалов, их рассеивание в окружаю­щей среде. Например, долгое, на протяжении многих столетий, использование таких металлов, как серебро, свинец, цинк, медь и др., и их рассеивание в процессе применения привели к тому, что сроки их добывания из земных недр со­ставляют, согласно своду международных прогнозов “Мир в 2000 году”, всего 10–20 лет.

Понятие безотходной технологии условно. Под ним понима­ется теоретический предел или предельная модель производства, которая в большинстве случаев может быть реализована не в полной мере, а лишь частично (отсюда малоотходная технология). Но с развитием современных наукоемких технологий безотходная технология должна быть реализована все с большим при­ближением к идеальной модели.

Критики концепции безотходного производства, ссылаясь на второй закон термодинамики, утверждают, что как энергию нельзя полностью перевести в работу, так и сырье невозможно полностью переработать в продукты производства и потребле­ния. С этим нельзя согласиться, поскольку речь идет, прежде всего, о материи и о Земле как открытой системе, а материю – продукцию – в соответствии с законом сохранения вещества и энергии всегда можно преобразовать снова в соответствующую продукцию. Примерами служат безотходно функционирующие природные экосистемы.

Имеется и другая крайность, когда все работы, связанные с охраной окружающей среды от промышленных загрязнений, относят к безотходной и малоотходной технологиям. Необходимо помнить, что оценка степени безотходности производства – очень сложная задача, и единых критериев для всех отраслей промышленности нет.

Для точного определения степени безотходности необходимо введение поправки на токсичность отходов. Невозможно сопос­тавлять только по массе, например, отходы рядового производ­ства и отработанные растворы гальванических цехов. Для срав­нительного анализа различных технологических схем однотипных производств, выпускающих продукцию одного и того же вида, на стадии их проектирования вполне может быть исполь­зован поправочный коэффициент на токсичность отходов.

Для расчета энергетических затрат следует рассматривать энергоемкость продукции с учетом коэффициентов безотходности. Только в этом случае можно получить объективный показа­тель безотходности рассматриваемого производства. Масштабы загрязнения окружающей среды при производстве электроэнергии на ТЭС часто таковы, что могут свести к минимуму те экологические преиму­щества, которые удается достичь при совершенствовании основ­ного производства.

Основные принципы организации безотходных производств.

Основные принципы организации безотходных производств за­ключаются в комплексном использовании сырья, создании принципиально новых и совершенствовании действующих тех­нологий, формировании замкнутых водо- и газооборотных циклов, кооперировании предприятий и строительстве территориально-производственных комплексов.

Комплексное использование сырья. Отходы производства – это неиспользованная или недоиспользованная по тем или иным причинам часть сырья. Поэтому проблема комплексного приложения сырья имеет большое значение как с точки зре­ния экологии, так и с точки зрения экономики.

Необходимость данного процесса диктуется, с одной стороны, все увеличивающимися темпами роста объемов промышленных производств, загряз­няющих окружающую среду, а с другой – требованием экономного их расходования, поскольку запасы основного ми­нерального сырья ограничены, а цены на него непрерывно возрастают. Так, с 1996 по 2000 гг. цены почти на все сырьевые ма­териалы выросли более чем в 2 раза. В свою очередь, рост цен ускоряет внедрение и разработку малоотходных и безотходных производств, поскольку расширяются границы их экономиче­ской рентабельности.

Источниками отходов являются: примеси в сырье, т. е. компоненты, которые не использу­ются в данном процессе для получения готового продукта; неполнота протекания процесса, остаток полезного про­дукта в сырье; побочные химические реакции, приводящие к образова­нию неиспользуемых веществ.

Рациональное комплексное использование сырья позволяет уменьшить объем недоиспользованных веществ, увеличить ассортимент готовых продуктов, выпускать новые продукты из той части сырья, которая раньше уходила в отходы.

Повышение выхода продукта на каждой стадии про­цесса приводит к уменьшению количества отходов и увеличе­нию комплексного использования сырья. Радикальное средство против протекания побочных реакций – изменение технологии.

Создание принципиально новых и совершенствование дейст­вующих технологий. В черной металлургии, например, создана новая технологическая схема прямого восстановления железа, позволяющая сократить загрязне­ние окружающей среды.

Формирование замкнутых водо- и газооборотных циклов. На ПО “Тулачермет” при производст­ве суперфосфатных удобрений организован замкнутый газооборотный цикл, который исключает загрязнение окружающей среды фторидами.

Кооперирование предприятий, создание территориально-производственных комплексов. В большинстве случаев отходы одного производства являются сырьем для другого. В связи с этим предлагается сам термин “отходы” заменить на “продукты незавершенного производства”. При этом основная задача состоит в изыскании возможностей для применения про­дуктов незавершенного производства в других отраслях народного хозяйства, которые могли бы строить свою деятельность на них как на вторичных материальных ре­сурсах. Например, в Бразилии из отходов производства сахар­ного тростника получают спирт, используемый в качестве топ­лива для двигателей внутреннего сгорания.

Большая работа проводится в различных странах по созда­нию так называемых банков отходов, т. е. систематизация отходов различных отраслей промышленности, например, хими­ческой, нефтехимической, металлургии.

Безотходное потребление.

Обычно проблемы экологии и ресурсосбережения связывают с деятельностью предприятий, забывая, что различного рода ресурсы используются и в быту. Объемы потребляемых населени­ем материальных благ весьма значительны. Например, соотношение между потреблением и накоплением в нацио­нальном доходе составляет примерно 3/4 : 1/4. Следует также отметить тенденцию опережающего роста объемов отходов по­требления по сравнению с отходами промышленности.

Пути перехода к “безотходному типу потребления” имеют свои особенности. Одна из них состоит в том, что отрасли, обслуживающие население, наименее “технологичны” в отно­шении безотходности. Помимо того, что материальные ценности в этих отраслях рассредоточены в соответствии со сложившейся системой расселения по территории всей страны, объемы обра­зующихся отходов у конкретных потребителей весьма незначи­тельны, а сами отходы очень разнородны и многокомпонентны. Положение осложняется тем, что сфера потребления в гораздо меньшей степени, чем сфера производства, поддается экономи­ческому регулированию. Она всегда ориентиро­вана на конкретных людей, живущих в соответствии с много­численными национальными традициями, особенностями ре­гионов, уровнем культуры и т.д.

Таким образом, рациональное использование ресурсов в сфере потребления – трудная задача, и она может быть решена с помощью мер, условно разделяемых на две группы. К первой относятся те, которые предпринимаются в отраслях общественного обслуживания (экономическое регулирование), ко второй – воспитательного характера, на­правленные на выработку у каждого гражданина сознательного отношения к потребляемым ресурсам (регулирование воспита­нием). На практике они имеют комплексный характер, вза­имно дополняют друг друга. Внедрение новых технических реше­ний, с помощью которых достигается экономия ресурсов, долж­но сопровождаться их рекламой и созданием условий для широкого использования.

Например, один из наиболее используемых ресурсов для бытовых нужд – питьевая вода. Жилищно-коммунальное хозяйство, наряду с промышленностью и сельским хозяйством, – крупнейший потребитель воды. Специалисты подсчитали, что водопотребление в расчете на одного жителя, пользующегося водопроводом, составляет 200 – 240 л/сутки, а пользующегося об­разно говоря “ведром” – только 20 – 40 л. Чаще всего потери воды вызваны техническими неполадками, нарушениями экс­плуатации водопроводов. Кроме того, много питьевой воды расходуется не по назначению, например на полив зеленых насаждений и т.д.

Для рационального водопользования необ­ходимо наладить строгий учет всей расходуемой воды и оперативно устранять технические неполадки в системах водообеспечения. Все это в полной мере относится и к потреблению других видов ресурсов, в частности топливно-энергетических. Напри­мер, потребление электроэнергии на бытовые нужды в послед­нее время ежегодно увеличивается на 10%, и, как показывает опыт, оно не всегда оправдано. Одним из направлений экономии электрической энергии является мас­совый выпуск бытовой техники, обеспечивающей рациональное потребление электроэнергии. Например, замена парка бытовых холодильников на более экономичные модели (с усовершенство­ванной теплоизоляцией, автоматическим оттаиванием) дала возможность снизить потребление электроэнергии. Переход на “зимнее” и “летнее” время, позволяющий эффективней использовать “светлые” ча­сы суток, в целом по народному хозяйству дает экономию около 3 млрд. кВт/ч электроэнергии в год, на 3 – 4 млн. кВт/ч снижает пиковые нагрузки энергосистем.

В принятой ООН “Всемирной стратегии охраны природы”, в частности, записано: “Мы не унаследовали Землю наших отцов. Мы взяли ее в долг у наших детей”. Поэтому именно принцип не брать “взаймы у потомков” должен стать определяющим при принятии всех без исключения решений по вопросам использо­вания природных ресурсов.

Мониторинг окружающей среды. Понятие экологического мониторинга.

Для рационального природопользования необходимо располагать информацией о том, какая именно среда оптимальна для жизнедеятельности человека. С этой целью в США, например, применяют балльный показатель, именуемый индексом качества природной среды. Его мак­симальное значение для наилучших условий составляет 700 баллов. Он определяется по результатам экспертной оценки состояния во­ды, воздуха, почвы, природных ресурсов и т.п. Известно, что этот индекс в США снижался с 406 баллов в 1969 г. до 343 в 1977 г., однако в настоящее время он устойчиво повышается. Подобная балльная оценка позволяет ежегодно устанавливать, за счет какого именно фактора снижается индекс.

Известно, что для нормального функциониро­вания и устойчивости экосистем и биосферы не следует превышать определенные предельные нагрузки на них (предельно допустимая экологическая нагрузка). Поэтому необхо­димо вести поиск критических или наиболее чувствительных звень­ев в экосистемах, которые быстрее и точнее характеризуют их состояние. Все эти мероприятия входят в систему экологического мониторинга – комплексной системы наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей природной среды под влиянием антропогенных воздействий.  Термин “мониторинг” вошел в научный оборот из англоязыч­ной литературы и происходит от английского “monitor” — наблюдение. Это понятие было впервые введено Р. Менном в 1972 г. на Стокгольм­ской конференции ООН по охране окружающей среды, с тех пор проблемы мониторинга постоянно обсуждаются на различных международных конгрессах.  Его объектами являются ат­мосфера, гидросфера, литосфера, почва, земельные, лесные, рыб­ные, сельскохозяйственные и другие ресурсы и их использование, биота, природные комплексы и экосистемы. В ходе мониторинга ставятся следующие цели:

– количественная и качественная оценка состояния воздуха, поверхностных вод, почвенного покрова, флоры и фауны, а также постоянный контроль стоков и выбросов на промышленных пред­приятиях;

– составление прогноза о состоянии окружающей среды и воз­можных его изменениях;

– наблюдение за происходящими в окружающей природной среде физическими, химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объек­тов, последствиями его влияния на растительный и животный мир;

– обеспечение заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной информацией об изменениях в окружаю­щей природной среде, а также предупреждение и прогнозирова­ние ее состояния.

В рамках программы ЮНЕП (программа ООН по проблемам окружающей среды) в 1973 – 1974 гг. были разработаны основные положения функционирования Глобальной системы мониторинга окружаю­щей среды, основная задача которой – предоставление информации, необходимой для защиты здоровья, благополучия, безопасности и свободы людей и управления окружающей средой и ее ресурсами. В рамках этой программы Всемирная морская организация обеспечивает глобаль­ный мониторинг Мирового океана. В 1990 г. Международный центр научной культуры (Всемирная лаборатория) предложил проект “Глобальный экологический монито­ринг” с использованием военных спутниковых технологий. С 1992 г. в названном проекте участвует Российская Федерация, США, Украина; Казахстан, Литва и Китай – в качестве наблюдателя.

Организация и классификация системы мониторинга окружающей среды.

Мониторинг ведут областные комитеты по гидрометео­службе через сеть специальных станций, проводящих наземные метеорологические, гидрологические, морские наблюдения и т.п. В настоящее время в мире в ведении ЮНЕП насчитывается 344 станции по мониторингу воды, находящиеся в 59 странах.

Мониторинг окружающей среды в г. Москве включает постоянный конт­роль за содержанием оксида углерода, углеводородов, сернисто­го ангидрида, оксидов азота, озона и пыли; наблюдения за атмос­ферой города проводятся на 30 стационарных установках, работа­ющих в автоматическом режиме. Из центра обработки информа­ции данные о превышении предельно допустимой концентрации поступают в Московский коми­тет по охране окружающей природной среды и одновременно в правительство столицы. Автоматически контролируются и промышленные выбросы крупных предприятий, а также уровень за­грязнения воды Москвы-реки. По данным мониторинга определяют основные источники за­грязнения. На рис. 2 представлена блок-схема классификации мониторинга.

Рис. 2. Блок-схема классификации мониторинга

Например, целью биологического мониторинга является оп­ределение устойчивости природных экосистем к внешним воздействиям. Его основной метод – биоиндикация (биотестирование), это обнаружение и определение антропо­генных нагрузок по реакциям на них живых организмов и их сообществ. Так, радиоактивное загрязнение можно определить по состоянию хвойных пород деревьев, промышленное – по поведению многих представителей почвенной фауны, а загрязнения воздуха очень чутко воспринимаются мха­ми и лишайниками. Так, если в лесу на стволах деревьев исчеза­ют лишайники, значит, в воздухе присутствует сернистый газ. По цвету лишайников (этот метод назван лихеноиндикацией) судят также о наличии в почве некоторых тяжелых металлов, например, меди. Биоиндикация позволяет вовремя выявить еще не опасный уровень загрязнения и принять меры по восстановлению экологи­ческого равновесия окружающей среды.

По масштабам обобщения информации различают мониторинг:

глобальный – слежение за мировыми процессами и явлениями в биосфере с помощью космической, авиационной техники и ПЭВМ и составление прогноза возможных изменений на Земле. Частным случаем является национальный мониторинг, включающий аналогичные мероприятия, осу­ществляемые на территории конкретной страны;

региональный охватывает отдельные регионы;

импактный проводится в особо опасных зонах, непосредственно примыкающих к источникам загрязнения, например в зоне промышленного предприятия.

Эколого-аналитический мониторинг окружающей среды.

Эколого-аналитический мониторинг – мониторинг за содержанием загрязняющих веществ в воде, воз­духе и почве с применением физических, химических и физико-хи­мических методов анализа – позволяет обнаружить по­ступление загрязняющих веществ в окружающую среду, установить влияние антропогенных факторов на фоне естественных и оптимизировать взаимодей­ствие человека с природой. Так, почвенный мониторинг предусматривает определение кислот­ности, засоленности почв и потери гумуса.

Химический мониторинг – часть эколого-аналитического, это система наблюдений за химиче­ским составом ат­мосферы, осадков, поверхностных и подземных вод, вод океанов и морей, почв, донных отложений, растительности, животных и конт­роль за динамикой распространения химических загрязняющих ве­ществ. Его задача – определение фактического уровня загрязнения окружающей среды высокотоксичными ингредиентами; назначение – научно-техническое обеспечение системы наблюдений и про­гнозов; выявление источников и факторов загрязнения, а также сте­пени их воздействия; наблюдение за установленными источниками поступления загряз­няющих веществ в природную среду и уровнем ее загрязнения; оценка фактического загрязнения природной среды; прогноз по загрязнению природной среды и пути улучшения ситуации.

Такая система базируется на данных отраслевого и регионального характера, включает элементы этих подсистем; она может охватывать как локальные районы в рамках одного госу­дарства (национальный мониторинг), так и Земной шар в целом (гло­бальный мониторинг).

Эколого-аналитический мониторинг загрязнений в составе Единой государственной системы экологического мониторинга. С целью ра­дикального повышения эффективности работ по сохранению и улучшению состояния среды обитания, обеспечению экологи­ческой безопасности 24 ноября 1993 г. было принято постанов­ление Правительства Российской Федерации № 1229 “О созда­нии Единой государственной системы экологического мониторин­га” (ЕГСЭМ). Организация работ по созданию ЕГСЭМ пре­дусматривает включение в сферу наблюдений новых видов и типов загрязнителей и выявление их влияния на окружающую среду; расширение географии экологи­ческого мониторинга за счет новых территорий и источников загрязнений.

Главные задачи ЕГСЭМ:

– разработка программ наблюдения за состоянием окружаю­щей природной среды на территории России, в ее отдельных ре­гионах и районах;

– организация наблюдений и проведение измерений показа­телей объектов экологического мониторинга;

– достоверность и сопоставимость данных наблю­дений как в отдельных регионах и районах, так и по всей террито­рии России;

– сбор и обработка данных наблюдений;

– хранение данных наблюдений, создание спе­циальных банков данных, характеризующих экологическую обста­новку на территории России и в отдельных ее районах;

– гармонизация банков и баз экологической информации с международными эколого-информационными системами;

– оценка и прогноз состояния объектов окружающей среды и антропогенных воздействий на них, природных ресурсов, откли­ков экосистем и здоровья населения на изменение состояния сре­ды обитания человека;

– проведение оперативного контроля и преци­зионных измерений радиоактивного и химического загрязнения в результате аварий и катастроф, а также прогнозирование экологи­ческой обстановки и оценка нанесенного природной среде ущерба;

– доступность интегрированной экологической информации широкому кругу потребителей, общественные движения и организации;

– информирование органов управления о состоя­нии окружающей среды и природных ресурсов, экологической безопасности;

– разработка и реализация единой научно-технической поли­тики в области экологического мониторинга.

ЕГСЭМ предусматривает создание двух взаимосвязанных бло­ков: мониторинг загрязнения экосистем и мониторинг экологи­ческих последствий такого загрязнения. Кроме того, она должна обеспечить получение информации об исходном (базовом) состо­янии биосферы, а также выявление антропогенных изменений на фоне естественной природной изменчивости.

В настоящее время наблюдения за уровнями загрязнений ат­мосферы, почвы, вод и донных отложений рек, озер, водохрани­лищ и морей по физическим, химическим и гидробиологическим (для водных объектов) показателям проводятся службами Росгидро­мета. Мониторинг источников антропогенного воздействия на при­родную среду и зоны их прямого влияния на животный и расти­тельный мир, наземную фауну и флору (кроме лесов) ведут соот­ветствующие службы Минприроды. Мониторинг земель, геологи­ческой среды и подземных вод осуществляют подразделения Ко­митета Российской Федерации по земельным ресурсам и землеус­тройству и Комитета Российской Федерации по геологии и ис­пользованию недр.

В 2000 г. в системе Росгидромета действовали 150 химических лабораторий, 41 кустовая лаборатория для анализа проб воздуха в 89 городах с безлабораторным контролем. Наблюдения за загряз­нением атмосферы проводились на 682 стационарных постах в 248 городах и поселках Российской Федерации, не оставлена без внимания и почва на сельскохозяйственных угодьях.

Поверхностные воды суши контролируются на 1175 водотоках и 151 водоеме. Отбор проб ведется в 1892 пунк­тах (2604 створа). В 2000 г. проведены анализы 30 000 проб воды по 113 показателям. Пункты наблюдений за загрязнением морс­кой среды существуют на 11 морях, омывающих территорию Рос­сийской Федерации. В системе Росгидромета ежегодно анализи­руют более 3000 проб по 12 показателям.

Сеть станций наблюдения трансграничного переноса загряз­няющих веществ ориентирована на западную границу России. В настоящее время здесь работают станции Пуш­кинские горы и Пинега, которыми проводится отбор проб ат­мосферных аэрозолей, газов и осадков.

Контроль за химическим составом и кислотностью атмос­ферных осадков осуществляют на 147 станциях федерального и регионального уровня. В большинстве проб в оперативном поряд­ке измеряют только величину рН. При отслеживании загрязнений снеж­ного покрова в пробах определяют также ионы аммония, сульфатионы, бенз(а)пирен и тяжелые металлы.

Система глобального атмосферного фонового мониторинга включает в себя три типа станций: базовые, региональные и региональные с расширенной программой.

Созданы также шесть станций комплексного фонового мони­торинга, которые расположены в биосферных заповедниках: Баргузинском, Центрально-Лесном, Воронежском, Приокско-Террасном, Астраханском и Кавказском.

Для радиационного мониторинга на террито­рии страны, особенно в районах, загрязненных в результате аварии в Чернобыле и других радиационных катастроф, использу­ют стационарную сеть и передвижные средства. По специальной программе проводится также аэрогаммасъемка территории Рос­сийской Федерации.

В рамках ЕГСЭМ создается система оперативного выявления загрязнений, связанных с аварийными ситуациями.

Эколого-аналитический мониторинг загрязнений в составе ЕГСЭМ можно разделить на три крупных блока: контроль загрязнений в зонах существенного антропоген­ного воздействия, на региональном уровне, на фоновом уровне.

Все данные из зон с любым уровнем воздействия, как экст­ренные, так и обобщенные, через определенные интервалы вре­мени поступают в центр сбора и обработки информации. Для автоматизированной системы, развивающейся в настоящее вре­мя, первичной ступенью является локальная система, обслужива­ющая отдельный район или город.

Информация передвижных станций и стационарных лабораторий   о загрязнении окружающей среды диоксинами и родственными соединениями обрабатывается, сортируется и передается на следующий уровень – в региональные информационные центры. Далее данные направляются за­интересованным организациям. Третий уровень системы – глав­ный центр данных, где обобщается информа­ция о загрязнении природной среды в масштабе страны.

Эффективность автоматизированных систем обработки эколого-аналитической информации заметно растет при исполь­зовании автоматических станций контроля за загрязнением воды и воздуха. Локальные автоматизированные системы контроля заг­рязнением воздуха созданы в Москве, Санкт-Петербурге, Челябин­ске, Нижнем Новгороде, Стерлитамаке, Уфе и других городах. Проводятся опытные испытания станций автоматизированного контроля за качеством воды в местах сброса вод и водозаборах. Созда­ны приборы для непрерывного определения оксидов азота, серы и углерода, озона, аммиака, хлора и летучих углеводородов. На авто­матизированных станциях контроля за загрязнением воды измеряют температуру, рН, электропроводность, содержание кислорода, ионов хлора, фтора, меди, нитратов и т.п.

Эколого-биохимический мониторинг.

Успехи некоторых видов мониторинга: химического, гидрологического, гидробиологического и др. – ставят на повестку дня разработку мониторинга более высоко­го порядка – эколого-биохимического. Дело в том, что изменения в обмене веществ гидробионтов (например, рыб) наступают, как правило, до появления морфологических, физиологических, популяционных и других отклонений от нормы. Поэтому ранняя диагностика в метаболизме гидробионтов позволяет следить за поступлением в воду загрязнений даже в ничтожно малых количествах, т.е. проводить эколого-биохимический мониторинг.

В качестве примера можно привести данные по зависимости активности лизосомальных ферментов рыб от степени загрязнения водоемов. Так, активность ферментов печени оку­ня и щуки с повышением уровня загрязненности воды значительно уменьшается. При этом изменения особенно ярко про­являются у щуки, экологически более привязанной к прибреж­ным, наиболее загрязненным частям водоемов.

Еще одним примером может служить состояние организма ряпушки, обитающей в трех близко расположенных, но изолированных друг от друга озерах Карелии. Оказалось, что содержание триацилглицеринов в ряпушке из озера Вендюрское существенно выше: в воду озера попали гербициды, что сразу отразилось на количестве сильно реактивных липидов по отношению к загрязнениям.

Система эколого-биохимического мониторинга необходима как для контроля за биологическим состоянием еще не загрязненных токсикантами территорий акватории, так и для выяснения причин различных патологий, возникающих под влиянием антропогенного стресса, и их динамики во времени. Ее можно использовать в экспертизах и при арбитражах, связанных с различными отравлениями живых организмов промышленными и сельскохозяйственными выбросами.

Геоинформационные системы.

Информационные технологии – принципиально новое направ­ление в науке и практической деятельности человека, нашедшее широкое применение и в экологии. Они облегчают восприятие материала, обра­ботку и анализ данных. Разработаны и функционируют прикладные информационные технологии в при­родоохранной области и в сфере природопользования, так называемые информационно-аналитические системы, цель создания которых – оценка устойчивости окружаю­щей среды исследуемого региона к антропогенному воздействию и прогноз возможного изменения состояния среды с учетом ее дальнейшей промышленной разработки. При этом осуществля­ется анализ совокупности природных условий и уровня суще­ствующих технологий.

Информационно-аналитическая система функционирует в среде геоинформационной системы – комплекса, включающего персонал, технические средства, программное обеспечение и предназначен­ного для ввода, хранения, обработки картографической и темати­ческой информации о территориях с целью анализа, отображения полученных на основе результатов анализа моделей при решении задач по планированию и управлению природопользо­ванием. Геоинформационная система нужна практически везде, где для решения управ­ленческих, социальных, экологических, технических и других задач, а также для выполнения экспертиз как региональных, так и всемирных проектов необходимо анализировать большие объемы картографической и тематической информации, имеющей про­странственную ориентацию, и где есть необходимость территори­ального анализа, оценки и прогноза (геология и экология).

На основе информации о состоянии природных ресурсов, степени антропогенного воздействия и уровня жизни населения данного региона в России и за рубежом разрабатываются информационно-аналитические системы, в частности, в сфере геоэкологии; информационное пространство представлено тре­мя тематическими разделами:

– состояние окружающей среды и природные ресурсы; на базе этих данных можно оценить обеспеченность территории основными природными ресурсами, уровень загрязнения окружающей среды, причины нарушения природных экосистем;

– антропогенная нагрузка; сведения такого рода позволяют определить социально-экономические условия жизни населения, антропогенное давление на окружающую среду;

– природоохранная деятельность; устанавливается размер капитальных вложений в охрану окружающей среды данной территории, оформляются сведения об экологических про­граммах и об особо охраняемых территориях. На основе этой информации выводится интегральная характеристика оценки уровня финансирования природоохранных мероприятий и выявляют­ся закономерности взаимодействия перечисленных областей информации.

Таким образом, применительно к интересующей нас террито­рии можно:

– выявить состояние исследуемого объекта (кризисное или благоприятное);

– получить перечень экологических проблем региона;

– оценить качество природоохранной деятельности, разрабо­тать рекомендации о направлении подобных работ в дальнейшем.

Интегральная характеристика позволит дополнить сведения об экологическом состоянии выбранной территории, а также выявить закономерности между состоянием окружающей среды и уровнем жизнедеятельности населения. Проводя районирование территории РФ по степени изменения или антропогенной нагрузки на окружающую среду, исследователь может выделить наиболее кризисные (или, наоборот, благополучные) территории и экологические проблемы, стоящие перед регионом или РФ в целом.

Сопоставляя полученную информацию с данными о проводи­мых природоохранных мероприятиях, можно, во-первых, оценить качество и результат природоохранной деятельности, а во-вторых, сформулировать рекомендации по направлению подобных работ в дальнейшем.

Экотоксикология. Загрязнение окружающей среды токсикантами и количественные критерии оценки его фактического уровня.

Токсикология (от греч. toxikon – яд) – наука, изучающая физические и химические свойства ядов, механизм их действия на живые организмы, признаки отравлений, изыскивающая средства их профилактики и лечения, а также формы полезного использования токсичного действия ядов. В последние годы особую значимость и актуальность приоб­ретают токсикологические аспекты всестороннего анализа окру­жающей среды. При этом серьезной проблемой является уста­новление пороговости эффекта токсикологического воздействия в системах токсикант – окружающая среда, токсикант – живой организм и определение зависимости доза – ответная реакция. Ее изучение послужило активным импульсом для развития нового направления в экологии, базирующегося на фундаментальных основах токсикологической, бионеорганической и эко­логической химии, называемого экотоксикологией. Научная зна­чимость экотоксикологии состоит в:

– изучении современных представлений о токсичности и канцерогенности элементов и их соединений;

– исследовании специфических биогеохимических особенностей поведения токсикантов в окружающей среде, ме­ханизма их распространения и метаболизма;

– оп­ределении локализации канцерогенных веществ;

– оценке порого­вого эффекта токсикологического воздействия.

Основные природные источники поступления токсикантов в окружающую среду – ветровая пыль, лесные пожары, вулканиче­ский материал, растительность, морские соли. Антропогенные источники токсикантов – производство цветных металлов, стали, чугуна, добыча полезных ископаемых, автомобильный транспорт, химическая промышленность, процессы сжигания минерального топлива, древесины и отходов. При этом антропогенный поток поступления токсикантов в окружающую среду превалирует над естественным (50 – 80%).

В качестве количественной оценки уровня загряз­нения окружающей среды могут быть использованы индекс за­грязнения, предельно допустимая, фоновая и токсическая кон­центрации.

Индекс загрязнения – показатель, качественно и количе­ственно отражающий присутствие в окружающей среде вещест­ва-загрязнителя и степень его воздействия на живые организмы.

Предельно допустимая концентрация – количество вредного вещества в окружающей среде, которое при постоян­ном контакте с человеком или при воздействии на него за определенный промежу­ток времени практически не влияет на его здоровье. Этот параметр вводился как нормирующий показатель во многих странах, в том числе и в России.

Существующая система предельно допустимой концентрации недостаточно информативна, поскольку предусматривает определение индивиду­ального токсиканта. Между тем совместное действие, например, органокомплексов тяжелых металлов кардинально меняет предельно допустимую концентрацию, экспериментально полученную для какого-то тяжелого металла.

Фоновая концентрация – содержание вещества в объекте ок­ружающей среды, определяемое суммой всеобщих и регио­нальных, естественных и антропогенных вкладов в результате дальнего или трансграничного переноса.

Под токсической концентрацией понимают концентра­цию вредного вещества, которое способно вызывать гибель живых организмов либо при различной длительности воздействия, либо в течение 30 суток от начала действия на них вредных веществ.

Токсиканты и их биогеохимические особенности.

Понятия “вредное вещество” и “токсикант” – ключевые в экотоксикологии. Вредное вещество – это инородный, нехарактерный для при­родных экосистем ингредиент, оказывающий отрицательное влияние на живые организмы, обитающие в этих экоси­стемах. Токсикант – вещество или соединение, вызывающее  действие ядов на живые организмы. В зависимости от характера воздействия и степени проявления токсичности, они классифицируются на две большие груп­пы: токсичные и потенциально токсичные. По химической при­роде вредные вещества, или токсиканты, бывают неорганиче­ского (кадмий, ртуть, свинец, мышьяк, никель, бор, марганец, селен, хром, цинк и др.) и органического (фенолы, амины, нефтепродукты, пестициды, формальдегид, бенз(а)пирен и др.) происхождения. Существует классификация по опасности различных химиче­ских веществ, попадающих в окружающую среду. В зависимости от степени токсикологического воздействия химические вещест­ва подразделяют на три класса:

I – мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен;

II – бор, кобальт, молибден, медь, сурьма, хром;

III – барий, ванадий, марганец, стронций, ацетиофенон.

Наиболее приоритетными для химико-токсикологического анализа являются тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, медь, никель, кобальт, цинк), обладающие высокой токсично­стью и миграционной способностью. Их поведение в различных природных средах обусловлено специфичностью присущих им основных биогеохимических свойств, определенная аналогия которых позволила сгруппировать эти элементы и выявить общие закономерности их токсикологического воздей­ствия на окружающую среду (см. табл. 2).

Таблица 2 Основные биогеохимические свойства тяжелых металлов

*В – высокая, У – умеренная, Н – низкая

Так, например, медь и цинк характеризуются наиболь­шей химической активностью и являются главными составляющими многих ферментов, участвующих в природной селекции аэробных клеток, в окисли­тельно-восстановительных процессах тканей, иммунной реак­ции, стабилизации рибосом и мембран клеток.

Никель и кобальт – биологически активные и канцероген­ные металлы. Сравнительно малая подвижность обуслов­ливает достаточно равномерное их распределение в природных средах.

Геохимические особенности свинца – малая подвижность и непродолжительное время жизни в атмосфере и природных водах. В поверхностных водах оно составляет несколь­ко лет, а в глубинных – до 100 лет.

Кадмий склонен к активному биоконцентрированию, чем объясняется его избыточное накопление за довольно короткое время. Поэтому кадмий по сравнению с другими тя­желыми металлами наиболее сильный токсикант (Сd > Ni > Сu > Zn).

Ртуть – самый токсичный элемент в природных экосисте­мах. По токсикологическим свойствам соединения ртути клас­сифицируются на следующие группы: элементная ртуть, неорга­нические алкилртутные (метил- и этил-) и другие ртутьорганические соединения, а также комплексные соединения ртути с гумусовыми кислотами. Ртутьорганические наиболее токсичны для человека и биоты. Их доля в речных водах составляет 46% от общего содержания, в донных отложениях – до 6%, в рыбах – до 80 – 95%. Как неорганические, так и орга­нические соединения ртути хорошо растворимы в воде.

Степень загрязнения окружающей среды токсикантами во многом определяется их способностью к миграции. Миграция элементов – это перенос и перераспределение хи­мических элементов в земной коре и на поверхности Земли. Сложность биогеохимических процессов, происходящих в атмосферном воздухе, осадках, природных водах, донных отложениях, почвах, не позволяет высказать однозначной точки зрения по поводу того, какие соединения тяжелых металлов определяют их подвижные формы и обусловливают преобладание в естественных и техногенных процессах. Например, в атмосферном воздухе и осадках тяжелые металлы находятся и мигрируют в газообразной и аэрозольной формах, в виде органических и неорганических ком­плексных соединений. В донных отложениях они находятся преимущественно во взве­шенных формах органического происхождения; в почвах – в водорастворимых ионообменных и непрочно адсорбированных формах.

Понятие токсичности и канцерогенности элементов и соединений.

Токсичность и канцерогенностъ — это свойства элементов и соединений, отрицательно влияющих на живые организмы и приводящих к уменьшению продолжительности их жизни.

Количество, при котором химические ингредиенты становят­ся действительно опасными для окружающей среды, зависит не только от степени загрязнения ими гидросферы или атмосферы, но также от их особенностей и частностей биохимического цикла. Для сравнения степени ток­сикологического воздействия химических ингредиентов на раз­личные организмы пользуются понятием молярной токсично­сти, отражающим увели­чение молярного количества металла, необходимого для проявления эффекта токсичности при минимальной молярной величине.

Перенос токсикантов происходит через атмосфе­ру и большие реки, несущие воды в океаны. Земля, ложа рек, океаны служат как бы резервуаром для их скопления. Факторами окружающей среды, влияющими на токсичность, являются температура, растворенный кислород, рН, жесткость и щелочность воды, присутствие комплексообразующих агентов и других загрязнителей в воде. Уменьшение парциального давления кислорода, увеличение рН и жесткости воды снижают токсикологическое воздействие веществ-загрязнителей на окружающую среду и живые организмы. Устойчивость живого организма по отношению к токсикантам может быть достигнута: при уменьшении посту­пления токсиканта; при увеличении коэффициента выделения токсиканта; при переводе токсиканта в неактивную форму в ре­зультате его изоляции или осаждения.

Факторы, влияющие на доступность токсикантов, усвоение, их воздействие на организм, могут быть совершенно разной природы:

– химические (химические свойства, окислительно-восста­новительные потенциалы, частота воздействия);

– физические (освещенность, температура, турбулентность в растворах);

– биологические (размеры, стадии развития, упитанность, состояние здоровья, акклиматизация).

Канцерогенез – способность вещества (металла) проникать в клетку и реагировать с молекулой ДНК, приводя к хромосомным наруше­ниям клетки. Канцерогенными веществами являются никель, ко­бальт, хром, мышьяк, бериллий, кадмий и др. Различие в канцерогенной активности металлов определяется биодоступностью их соединений. Например, соли шестивалент­ного хрома СrО42- потенциально более канцерогенны, чем соли трехвалентного хрома СrCl3, поскольку первые легче проникают в клетки, а вторые – лишь ограниченно. Канцерогенез зависит как от механизма поступления канце­рогенных веществ в клетку, так и от их количества внутри клет­ки.

Канцерогенные вещества могут быть разделены на три кате­гории: металлсодержащие частицы; водорастворимые со­единения металлов; жирорастворимые соединения.

Наиболь­шей проникающей способностью обладают водораство­римые соединения. Например, хромат-ион СrO42- легко проникает в клетки с использованием SO42-транспортной системы. А ион ни­келя не внедряется в клетки, поэтому многие водорастворимые соли никеля не рассматриваются как канцерогенно опасные.

Жирорастворимые соединения металлов, например карбонил никеля Ni(СО)4, легко входят в клетку и поэтому очень токсичны.

На механизм канцерогенеза сильно влияет рН среды, темпе­ратура, наличие в клетке аминокислот. В кислой области рН наблюдается наибольшая растворимость канцероге­нов в клетках. Если в клетке присутствуют аминокислоты, хорошо связывающие металлы (такие, как цистеин, гистидин), то сильно снижается способность канцерогенов, например никеля, прони­кать в клетки. Повышение температура среды приводит к ускорению процесса канцерогенеза.

Локализация канцерогенных ионов металлов в клетках обусловливает хромосомные нарушения, которые являются результа­том сшивания молекул ДНК с белком и трансформации клетки. Такие канцерогенные металлы, как никель и хром образуют очень стабильные тройные комплексы, состоящие из ДНК, ме­талла и белка. Образовавшись, эти комплексы вовлекают в канцерогенез другие ионы металлов.

Предметы экотоксикологических исследований чрезвычайно разнообразны. Это воды, почвы, фармацевтические препараты, биологические объекты животного происхождения, пищевые продукты и напитки, пестициды, средства бытовой химии, рас­тительность, отходы и т.д. Поэтому комплекс прикладных задач, решаемых экотоксикологией, далеко не прост и весьма специ­фичен. Наиболее приоритетные из них:

– создание современной методологии экотоксикологических исследований, позволяющей проводить достоверную оцен­ку качества окружающей среды в условиях природопользо­вания и комплексного влияния основных ее экологиче­ских составляющих на живые организмы;

– осуществление ранней диагностики модификаций в организ­ме, выявляемых до наступления морфологических, генети­ческих, популяционных и других изменений;

– разработка прикладных основ химико-токсикологического анализа загрязнителей, включающего разнообразные способы их обнаружения, изолирования и ко­личественного определения в объектах окружающей среды;

– создание целенаправленного мониторинга токсикантов, вызывающих те или иные отклонения в живых организ­мах, который позволит по-новому подойти к идентифика­ции наиболее активно действующего фактора.

Основная задача химико-токсикологического анализа – ус­тановление характера объекта, его консистенции и морфологи­ческого состава.

Количественное определение токсикантов осуществляют физическими и физико-химическими методами: нейтронно-активационным, рентгенофлуоресцентным, масс-спектрометрическим, хроматографическим, электрохимическим, спектрофотометрическим, атомно-абсорбционным анализом, атомно-эмиссионным анализом с индуктивно связанной плазмой.

Основы экономики природопользования. Оценка экономической эффективности природоохранных мероприятий.

Для рационального природопользования необходимы экономические “рычаги”: стимулы и система наказаний, которые заинтересовали бы конкретного производителя перейти на ресурсосберегающую и малоотходную технологию. Рассмотрим методы оценки экономической эффективности природоохранных мероприятий.

Экономическая эффективность двух вариантов одного и того же процесса определяется по разности их приведенных затрат

Э = З1 – З2 ,

которые вычисляют по уравнению

З = С + ЕК ,

где С – себестоимость; Е – капитальные вложения; К – коэффициент эффективности.

Для оценки природоохранных мероприятий двух основных составляющих приведенных затрат оказывается недостаточно, и необходимо дополнить их величиной ущерба У. В этом случае эффективность мероприятия определяется формулой

Э = (З1 + У1) – (З2 + У2).

Ущерб содержит три аспекта: социальный, моральный и экономический. Нас будет интересовать лишь экономический ущерб –  это практические (или возможные) поте­ри либо отрицательные изменения в окружающей природной среде, вызванные антропогенными причинами и выраженные в денежной форме. В настоящее время утверждена временная типовая методика определения эффективности природоохранных мероприятий и оценка экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды.

Различают три вида экономического ущерба:

фактический – потери, нанесенные народному хозяйству в результате загрязнения окружающей среды;

возможный – ущерб народному хозяйству, который мог бы быть нанесен в случае отсутствия природоохранных мероприятий. Он зависит от масштабов производства и производительности общественного труда, изменения структуры загрязняемого района;

предотвращаемый – разность между возможным и фактическим ущербами.

Ущерб определяется, исходя из следующих моментов:

– технический, связанный с организацией контроля за состоянием окружающей среды;

– исследования медицинского, биологического, химического характера с привлечением специалистов других отраслей народного хозяйства;

– экономическая и теоретическая оценка ущерба.

Расчет экономического ущерба, наносимого окружающей среде в результате загрязнения атмосферы.

Экономический ущерб от загрязнения атмосферы рассчитывается по уравнению

У = Уз + Ус + Ук + Уп,

где Уз – ущерб, причиняемый повышенной заболеваемостью персонала (это оплата бюллетеней, затраты на медицинские услуги и т.д.); Ус – ущерб, наносимый сельскому и лесному хозяйству (потери урожайности, животноводства, лесного хозяйства и т.д.); Ук – ущерб, причиняемый  коммунальному хозяйству (дополнительные затраты на содержание жилищного и коммунального хозяйства, на бытовые услуги); Уп – ущерб, наносимый  промышленным объектам (дополнительные затраты на ремонт, потери сырья, топлива, текучесть кадров и т.д.).

Существуют два метода расчета экономического ущерба: прямой и эмпирический.

Прямой требует при каждом вычислении сбора и обработки множества данных. Он очень сложен и в силу своей трудоемкости непригоден для широкого применения в экономических расчетах. Чаще используют эмпирический метод, один из его вариантов носит название расчет с приложением удельных ущербов. Он, в свою очередь, осуществляется двумя путями: методика концентраций – расчет проводится исходя из концентрации вредных веществ и методика валовых выбросов – в основе лежат валовые выбросы. Оба метода подробно рассмотрены в учебнике И.Г. Рекус и О.С. Шориной.

Укрупненная оценка экономического ущерба, наносимого окружающей среде от загрязнения водоемов.

Экономическую оценку годового ущерба в усл.ед./год от сброса загрязняющих примесей делают по уравнению

У = gsкМ,

где g – коэффициент, численное значение которого принимают равным 120 при расчетах, проводимых до конца 1985 г., и 144 при расчетах ущерба от сбросов, которые поступят после 1985 г. (учет времени) (усл. ед./усл. т); s – коэффициент, различный для всевозможных водохозяйственных участков; М – приведенная масса годового выброса сточных вод (усл. т/год);

M = еAimi,

где Аi – показатель относительной опасности сброса i-го вещества в водоемы (усл. т/т); mi – масса годового выброса примеси i-го вида (т/год).

Здесь Ai =1/ПДКрх; ПДКрх – предельно допустимая концентрация i-го вещества в водных объектах, используемых для рыбохозяйственных целей. Если ПДКрх отсутствует в справочниках, то можно использовать ПДК для объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения. Если ПДК вообще неизвестна, то условно принимают А = 5 10-4 (усл. т/т).

Расчет ущерба, наносимого окружающей среде в результате загрязнения поверхности Земли.

Укрупненную оценку ущерба, наносимого окружающей среде в результате загрязнения поверхности Земли твердыми отходами, проводят по уравнению

У = Уп m ,

где У – ущерб, наносимый окружающей среде в результате загрязнения поверхности Земли твердыми отходами (руб/год); m – масса твердых отходов (т/год); Уп – удельный ущерб от поступления в окружающую среду 1 тонны твердых отходов (руб/т).

Удельный ущерб от поступления в окружающую среду твердых отходов производства и потребления (без учета вторичного загрязнения) может быть выражен через затраты на удаление, обезвреживание и захоронение твердых отходов, а также через стоимость отчуждаемой для этих целей земли и затраты на ее санитарно-гигиеническую рекультивацию:

Уп = Ууд + Ут,

где Ууд – затраты на удаление, обезвреживание и захоронение 1 т твердых отходов (руб/т); Ут – ущерб, наносимый народному хозяйству при изъятии территории под складирование, создание отвалов, захоронение 1 т твердых отходов с последующей их санитарно-гигиенической рекультивацией (руб/т).

Для расчета Ууд используют выражение

Ууд = Зт + Сс +ЕнКс,

где Зт – текущие затраты на удаление 1 т твердых отходов (транспортировка отходов, погрузочно-разгрузочные работы) (руб/т); Сс – эксплуатационные расходы, связанные с содержанием 1 т твердых отходов на свалках или в отвалах, а также с обезвреживанием или уничтожением твердых отходов в специальных установках (руб/т); Кс – удельные капитальные затраты на сооружение систем удаления, обезвреживания, складирования или уничтожения твердых отходов (руб/т); Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности удельных капитальных затрат.

Величину Ут рассчитывают по формуле

Ут = (Зз + Зр) S,

где Зз – экономическая оценка 1 га земли по нормативам затрат на возмещение потерь сельскохозяйственного производства (руб/га); Зр – усредненные затраты на санитарно-гигиеническую рекультивацию 1 га земли; S – площадь, используемая для складирования 1 т твердых отходов. Величины коэффициентов можно найти в специальных справочниках.

Применение нормативов платы за загрязнение природной среды на территории Российской Федерации.

Порядок применения нормативов платы за загрязнение природной среды предусматривает взимание с природопользователей (предприятий, учреждений и организаций) средств независимо от их ведомственной подчиненности, видов и форм собственности за следующие вредные воздействия: выброс в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и нестационарных источников, сброс загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов, а также другие виды вредного воздействия.

Плату природопользователей за загрязнение окружающей среды в размерах, не превышающих установленные предельно допустимые нормативы, определяют по формуле

П = Кэ(j)  mпд Нпд ,

где П – плата за загрязнение окружающей среды (руб); mпд – фактическая масса загрязняющих веществ, не превышающая установленные предельно допустимые нормативы (т); Нпд – норматив платы за 1 т загрязняющих веществ, если фактическая масса загрязняющих веществ не превышает установленные предельно допустимые нормативы (руб/т); Кэ(j) – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости.

Плату природопользователей за загрязнение окружающей среды в пределах установленных лимитов (временно согласованных нормативов) рассчитывают по формуле

П = Кэ(j) {mпд Нпд + [mвс – mпд] Нвс},

где mвс – фактическая масса загрязняющих веществ, не превышающая установленные временно согласованные нормативы (т); Нвс – норматив платы за 1 т загрязняющих веществ, если фактическая масса загрязняющих веществ не превышает временно согласованные нормативы (руб/т).

Плату природопользователей за сверхлимитное загрязнение окружающей среды определяют по формуле

П = Кэ(j) {mпд Нпд + [mвс – mпд] Нвс + 5 [m – mвс] Нвс},

где mвс – фактическая масса загрязняющих веществ, превышающая установленные временно согласованные нормативы (т); 5 – повышающий коэффициент за сверхлимитное загрязнение окружающей среды.

Таким образом, оплата сверхлимитных выбросов в 25 раз превышает оплату выбросов в пределах установленных нормативов. В случае загрязнения окружающей среды без оформления разрешения в установленном порядке вся масса загрязняющих веществ рассматривается как сверхлимитная.

Платежи за предельно допустимые выбросы, сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов, уровень вредного воздействия осуществляются за счет себестоимости продукции, а платежи за превышение их – за счет прибыли, остающейся в распоряжении природопользователя.

Расчет платы за загрязнение земель химическими веществами и несанкционированными свалками отходов.

Порядок определения платы за ущерб, наносимый окружающей среде при загрязнении земель химическими веществами и несанкционированными свалками отходов, разработан и утвержден Министерством природы и Роскомземом в 1993 г.

Степень загрязнения земель характеризуется пятью уровнями: допустимым; слабым; средним; сильным; очень сильным. Под допустимым уровнем загрязнения понимают содержание в почве химических веществ, не превышающее ПДК.

Размер платы за ущерб от загрязнения земель определяют исходя из затрат на проведение полного объема работ по очистке. В случае невозможности оценить указанные затраты размер платы за ущерб, наносимый окружающей среде в результате загрязнения земель, рассчитывают в соответствии с выражением

П = УНс S(i) Кв Ка(i) Кэ(j) Кг ,

где П – размер платы за ущерб, наносимый окружающей среде в результате загрязнения земель химическими веществами (тыс.руб); Нс – норматив стоимости сельскохозяйственных земель (тыс.руб/га); Кв – коэффициент пересчета, зависящий от продолжительности периода восстановления загрязненных сельскохозяйственных земель; Ка(i) – коэффициент для расчета ущерба в зависимости от степени загрязнения земель i-м веществом (при допустимом уровне загрязнения коэффициент Ка(i) приравнивают к нулю, следовательно, в этом случае плата за нанесенный ущерб не взимается); Кэ(j) – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории j-го экономического района; Кг – коэффициент для расчета ущерба в зависимости от глубины загрязнения земель. Величины коэффициентов можно найти в специальных таблицах. При отсутствии в таблицах данных по фоновому содержанию в почвах неорганического химического вещества за фон берут его среднерегиональное содержание для незагрязненной территории. Для органических соединений их фоновое содержание в почвах приравнивают к 0,1 ПДК.

Размер платы за ущерб, наносимый окружающей среде в результате загрязнения земель несанкционированными свалками отходов, определяют по формуле

П = 25 Hn(i) M(i)Кэ(j) Кв ,

где П – плата за ущерб, наносимый окружающей среде в результате загрязнения земель несанкционированными свалками (тыс.руб); 25 – повышающий коэффициент за загрязнение земель отходами несанкционированных свалок; Hn(i) – норматив платы за захламление земель 1 т или 1 м3 i-х отходов (руб/т, руб/м3); M(i) – масса или объем i-х отходов (т, м3); Кэ(j) – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости территории j-го экономического района; Кв – коэффициент пересчета, зависящий от продолжительности периода восстановления загрязненных сельскохозяйственных земель.

Класс опасности токсичных отходов определяют согласно “Временному классификатору токсичных промышленных отходов” и “Методическим указаниям по определению класса опасности токсичных промышленных отходов”.

Международное сотрудничество в решении глобальных экологических проблем.

В своей экологической политике Россия исходит из необходимос­ти обеспечения всеобщей безопасности и развития международного природоохранного сотрудничества в интересах настоящего и будущих поколений. Именно поэтому в Законе РФ “Об охране окружающей при­родной среды” международное сотрудничество провозглашено одним из принципов охраны окружающей среды.

Основные принципы международного сотрудничества длительное время вырабатывались и формулировались мировым сообществом. В настоящее время эти принципы звучат так:

– каждый человек имеет право на жизнь в наиболее благоприят­ных экологических условиях;

– каждое государство имеет право на использование природных ресурсов и окружающей среды для развития и обеспече­ния нужд своих граждан (в этом проявляется суверенитет госу­дарства, возможность самостоятельно определять свою эколо­гическую политику, устанавливать взаимоотношения между сво­ей экономикой и экологией);

– экологическое благополучие одного государства не может обес­печиваться за счет других или без учета их интере­сов (природные ресурсы слаборазвитых стран не должны безу­держно эксплуатироваться индустриальными государствами);

– хозяйственная деятельность, осуществляемая на территории одних государств, не должна наносить ущерб окружающей сре­де как в пределах, так и за пределами его юрисдикции;

– недопустимы любые виды хозяйственной и иной деятельности, экологические последствия которой непредсказуемы;

– должен быть установлен контроль на глобальном, региональном и национальном уровнях за состоянием и изменениями окружа­ющей среды и природных ресурсов на основе международно признанных критериев и параметров;

– должен быть обеспечен свободный и беспрепятственный меж­дународный обмен научно-технической информацией по про­блемам экологии и передовых природосберегающих техноло­гий;

– государства должны оказывать друг другу помощь в чрезвычай­ных экологических ситуациях;

– все споры, связанные с проблемами окружающей природной среды, должны решаться только мирным  путем.

Объекты международного сотрудничества в области охраны окру­жающей природной среды делятся на: находящиеся в пользовании всех государств (атмосфера, озоновый слой, околоземное космическое пространство); используемые несколькими или многими государства­ми (Антарктида, Балтийское, Черное, Каспийское моря); используемые двумя государствами –пограничные объекты (Беловежс­кая пуща, реки Дунай, Амур и Уссури).

В целях охраны флоры и фауны учреждена Международная Крас­ная книга, в которую включаются редкие и исчезающие виды растений и животных, нуждающиеся в особой охране. Национальные Красные книги заведены во многих странах мира, в том числе и в России, а также в ряде ее субъектов.

На международном уровне подписываются договоры в области охраны окружающей природной среды о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, кос­мическом пространстве и под водой; о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела; о нераспространении ядерного оружия и ряд других.

Реализуются многочисленные конвенции в области охраны приро­ды и рационального использования природных ресурсов: о запрещении военного и любого иного враждебного воздействия на при­родную среду, о трансграничном загрязнении атмосферного воздуха, об охране мигрирующих видов животных, морских живых ресурсов Антарктики и прочие.

Во многих странах создаются и активно действуют государ­ственные и частные экологические фонды, деятельность которых на­правлена на поддержание и оздоровление природы. Сказанное позволяет дать следующее определение понятию международ­ное сотрудничество в решении глобальных экологических про­блем – это международная деятельность на правительственном и не­правительственном уровнях, осуществляемая в рамках межгосудар­ственных соглашений, международных программ ООН, ЮНЕСКО и др., экологических программ и проектов, осуществляемых частными и го­сударственными экологическими фондами и направленных на объеди­нение усилий государств, частных лиц и общественных объединений в преодолении глобальных экологических проблем человечества.

Принципы устойчивого развития общества.

Важную роль в выработке путей разрешения глобальных экологи­ческих конфликтов играют конференции ООН по проблемам окружаю­щей среды и развития. Так, например, проходившая в 1972 г. в Стокгольме конференция сосредоточила внимание государств-участников на важнейших проблемах, стоящих перед мировым сообществом: был обозначен новый путь раз­вития мирового сообщества – путь устойчивого развития (sustainable development).

В конференции ООН, проходившей на уровне глав государств и правительств в 1992 г. в Рио-де-Жанейро, приняли уча­стие главы 114 государств и дипломаты из 178 стран мира, представи­тели 1600 неправительственных организаций. На ней было установлено, что проблемы окружаю­щей среды и развития не могут рассматриваться отдельно друг от дру­га, и принято решение о необходимости перехода мирового сообщества на путь устойчивого развития. Интересно отметить, что понятие “устойчивое развитие” – весьма неточный перевод англоязычного тер­мина sustain – поддерживать, подкреплять. Таким образом, термин sustainable development следовало бы переводить как “поддерживаю­щее или сбалансированное развитие”. Однако в отечественной литера­туре укоренилось понятие “устойчивое развитие”.

Устойчивое развитие – форма развития общества, которая удов­летворяет потребности ныне живущих и не ограничивает будущие поколения в обеспечении своего существования, что предпола­гает наряду с рациональным природопользованием уменьшение лич­ных и социальных нужд до жизненно необходимого уровня.

Данное понятие впервые использовано во Всемирной стра­тегии охраны природы. В 1986 г. в рамках Международной геосферно-биосферной программы была сформулирована цель стратегии устойчивого развития – выработка основных путей и при­способления к глобальным изменениям.

21 октября 1991 г. Все­мирная стратегия охраны природы была провозглашена и принята в Москве. В тот же день она была утверждена еще в 60 странах мира. Официальное название этого документа – “Забота о Земле – стратегия устойчивого существования”.

Документ состоит из трех частей. В первой содержатся прин­ципы устойчивого развития: уважение и забота о всем сущем на Земле; повышение качества жизни; сохранение жизнеспособности и разнообразия экосистем; предотвращение истощения невозобновимых ресурсов; развитие в пределах потенциальной емкости экосистем; изменение сознания человека и стереотипов его поведения; поощрение социальной заинтересованности общества в сохра­нении среды обитания; выработка национальных концепций интеграции социально-эко­номического развития и охраны окружающей среды;  достижение единства действий на мировом уровне.

Во второй и третьей частях программы даны рекомендации по претворению этих принципов в жизнь, некое подобие алгоритма действий.

Если говорить о России как части мирового сообщества, то для нее в контексте стратегии устойчивого развития наиболее актуальными являются следующие направления деятельности:

– разработка общих принципов природоохранного законодатель­ства, экологической этики;

– согласование общих подходов к оценке хозяйственных воздей­ствий на природную среду и к экологическому нормированию хозяйственной деятельности;

– сохранение общей системы экологического мониторинга;

– экологическое прогнозирование для всех субъектов Федерации;

– резервирование территорий для развития заповедной сети;

– разработка интегрированной системы мер для сохранения и рационального использования биоразнообразия;

– экологический контроль внешнеэкономической деятельности, включая экологическую экспертизу импортируемых товаров и ли­цензирование экспорта биологических ресурсов;

– выполнение обязательств по международным договорам в об­ласти охраны окружающей среды.

Хотелось бы отметить, что в настоящее время понятие устойчиво­го развития включает взаимосвязь экономических, социальных и эко­логических компонентов развития, а также потребность в сотрудничестве на разных уровнях. Экологическая политика государств, в том числе и России, преимущественно строится на принципах устой­чивого развития. В ООН создана Комиссия по устойчивому развитию.

Международные организации.

В настоящее время более ста международных организаций активно занимаются проблемами охраны окружающей природной среды. Наи­более авторитетная из них – Организация Объединенных Наций. Многие ее мероприятия посвящены экологическим про­блемам. Так, Генеральная ассамблея ООН приняла несколько важных докумен­тов: резолюцию1982 г. “Об исторической ответственности госу­дарств за сохранение природы Земли для нынешних и будущих поко­лений”, Всемирную Хартию природы 1982 г.

В 1972 г. при ООН создан ЮНЕП – специальный орган по окружаю­щей среде. В его задачи входила разработка рекомендаций по наи­более острым проблемам наступающего экологического кризиса: опустыниванию, деградации почв, сокращению запасов пресной воды, загрязнению Мирового океана, вырубке лесов, утрате ценных видов растений и животных.

В 1983 г. по инициативе Генерального секретаря ООН была созда­на Международная комиссия по окружающей среде и развитию. Комиссия была призвана вскрыть проблемы, объединяющие экологическую и социально-экономическую озабоченность людей в раз­ных регионах мира, прежде всего развивающихся стран.

В 1987 г. был опубликован отчет комиссии под названием “Наше об­щее будущее” (русский перевод 1989 г.). В нем продемонстрирована невоз­можность решать экологические проблемы вне их связи с социальными, экономическими и политическими задачами. Комиссия заявила, что экономика должна удовлетворять потребно­стям людей, но ее рост должен вписываться в пределы экологических возможностей планеты. В отчете с небывалой силой прозвучала мысль об ответственности перед будущими поколениями: “На счету нашего поколения может сохраниться положительное сальдо, однако наши дети унаследуют только убытки. Мы заимствуем “экологический капитал” у будущих поколений, отнюдь не намереваясь и не имея возможности вернуть долг. Они, может быть, проклянут нас за наше расточительство, но никогда не смогут добиться возврата капитала. Мы так ведем себя по той причине, что некому заставить нас возвращать долги: будущие поколения не голосуют, они не имеют ни политической, ни финансовой власти; они не могут оспорить наши решения. Нынешнее расточитель­ство быстро ограничивает возможности будущих поколений”.

В настоящее время при ООН функционируют много международ­ных организаций: Международное агентство по атомной энергии (МА­ГАТЭ) осуществляет программу “Ядерная безопасность и защита окру­жающей среды”, Организация ООН по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) поддерживает программу “Человек и биосфера”, “Че­ловек и его окружающая среда”, Всемирная организация здравоохра­нения (ВОЗ) занимается проблемами гигиены, борьбы с загрязнением воздуха, Всемирная метеорологическая организация (ВМО) уделяет внимание климатическим вопросам, службе погоды, Всемирная органи­зация продовольствия (ФАО).

Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП) включает правительственные и неправительственные органи­зации, содействует сотрудничеству межнациональных и междуна­родных объединений.

Существуют региональные организации – экономическая и соци­альная комиссия ООН для стран Азии и Тихого океана, Европейская экономическая комиссия, Программа арктического мониторинга и оцен­ки.

Функционируют организации, объединяющие представителей двух государств, деятельность которых направлена на решение общих для этих государств проблем. Россия является участницей та­ких двусторонних организаций, например, по вопросам озера Байкал (с Монголией), подготовки кадров для заповедников и национальных парков (с США), строительства водоочистных сооружений и завода по переработке отходов, удаления серы и внедрения экологически чис­тых технологий (с Финляндией), системы радиологического мониторинга (с Германией), комплексного управления качеством воды (с Канадой), охраны вод и защиты от паводков (с Китаем).

Ключевым этапом на пути решения глобальных экологических про­блем и укрепления экологической безопасности являются конферен­ции ООН по проблемам окружающей среды и развития (см. главу 6.2.).

Конференция ООН по окружающей среде в Стокгольме (1972) со­средоточила внимание государств-участников на самых важных про­блемах, стоящих перед мировым сообществом, и определила на буду­щее новый путь – путь устойчивого развития.

На конференции, проходившей в 1992 г. в Рио-де-Жанейро, были одобрены и приняты пять основных документов:

“Декларация Рио об окружающей среде и развитии”;

“Повестка дня на XXI век”;

“Заявление о принципах по управлению, сохранению и устойчи­вому развитию всех типов лесов”;

Рамочная конвенция по проблемам изменения климата;

Конвенция по биоразнообразию.

Первые три документа не связывают подписавшие его стороны какими-либо обязательствами, а лишь определяют основные направле­ния в совместной деятельности на пути достижения устойчивого разви­тия и сохранения окружающей среды.

Одним из важных и основных документов, принятых на конференции, является “Повестка дня на XXI век”. Он включает более 100 программ, охватывающих разнообразные глобальные проблемы: от пре­одоления нищеты и голода до усиления роли общества в решении вопросов охраны природы. В “Повестке...” сформулированы условия, необ­ходимые для устойчивого развития всех стран. Важнейшим из них является бережное отношение к природе и природным ресур­сам. К другим условиям относятся формирование более эффективной и справедливой мировой экономики, а также изменение структуры по­требления.

В документе предлагаются три различные, но одновременно проводимые стратегии развития, соответствующие разным уровням взаимодействия человека и реального строения окружающей среды.

Первая – взаимодействие хозяйствующего человека с природно-равновесными системами естественной биоты Земли. Конеч­ная цель ее – сохранение видов, среды их обитания, биологи­ческого разнообразия.

Вторая – взаимодействие хозяйствующего человека с искусственно-равновесными антропогенными экосистемами, обеспе­чивающими его пищевые потребности. Здесь имеется в виду сельское хозяйство и другие виды деятельности по производству пищи. Степень сохранности естественной биоты Земли при этом полностью зависит от эффективности технологий, применяемых с целью обеспечения че­ловека пищевыми продуктами.

Третья –взаимодействие хозяйствующего человека (про­изводства) с экосистемами искусственной среды. Искусственная сре­да – это города и другие населенные пункты, где земля занята под бытовые, рекреационные и инфраструктурные объекты. Задача сохранения биоразнообразия в этих системах не стоит, важным является сохранение здоровья людей, зданий, сооружений и ком­муникаций, а также различных сред, имеющих значение для существо­вания человека.

На состоявшейся в Нью-Йорке в 1997 г. сессии Генеральной ас­самблеи ООН был сделан подробный анализ проведения стратегии устойчивого развития, который показал, что пока не удалось решить главные вопросы:

– осуществить практические меры по устранению голода и нище­ты;

– уменьшить разрыв уровней жизни в развитых и развивающихся странах;

– найти средства и пути для ослабления антропогенного давле­ния на окружающую среду в глобальном масштабе.

Были выделены следующие важные проблемы на ближай­шие десятилетия: пресная вода, энергетика, транспорт и окружающая среда, лес, Мировой океан; в качестве комплексных задач – устранение нищеты, изменение существующих структур по­требления и производства.

Оглавление
Глобальные проблемы окружающей среды и природопользования
ВВЕДЕНИЕ
“Парниковый эффект” и глобальные изменения климата
“Озоновые дыры” и пути их предотвращения
Кислотные дожди, их причины и методы устранения
Истощение природных ресурсов и проблема отходов
Энергетическая проблема и альтернативные источники энергии
Деградация наземных экосистем и проблема нехватки пищевых ресурсов, современные пути решения проблем
Загрязнение Мирового океана
Проблема сохранения биоразнообразия
“Демографический взрыв” как ведущий фактор возникновения глобальных проблем человечества
Опасность ядерной войны и ее глобальные экологические последствия
Охрана окружающей среды. Охрана гидросферы
Характеристика гидроресурсов и сточных вод
Замкнутые водооборотные системы
Методы очистки сточных вод
Охрана атмосферы
Основные загрязнители атмосферы
Физико-химические методы очистки воздуха
Охрана литосферы
Твердые отходы и методы их утилизации
Восстановление земель после техногенных нарушений
Особо охраняемые природные территории
Экологическое воспитание
Основы рационального природопользования. Основные понятия
Безотходные и малоотходные производства
Основные принципы организации безотходных производств
Безотходное потребление
Мониторинг окружающей среды. Понятие экологического мониторинга
Организация и классификация системы мониторинга окружающей среды
Эколого-аналитический мониторинг окружающей среды
Эколого-биохимический мониторинг
Геоинформационные системы
Экотоксикология. Загрязнение окружающей среды токсикантами и количественные критерии оценки его фактического уровня
Токсиканты и их биогеохимические особенности
Понятие токсичности и канцерогенности элементов и соединений
Основы экономики природопользования. Оценка экономической эффективности природоохранных мероприятий
Расчет экономического ущерба, наносимого окружающей среде в результате загрязнения атмосферы
Укрупненная оценка экономического ущерба, наносимого окружающей среде от загрязнения водоемов
Расчет ущерба, наносимого окружающей среде в результате загрязнения поверхности Земли
Применение нормативов платы за загрязнение природной среды на территории Российской Федерации
Расчет платы за загрязнение земель химическими веществами и несанкционированными свалками отходов
Международное сотрудничество в решении глобальных экологических проблем
Принципы устойчивого развития общества
Международные организации
Все страницы