Антропогенное воздействие на биосферу
Извлечение из биосферы в год | Поступление в биосферу в год | ||
Объект | Количество | Объект | Количество |
Ископаемые | 100 млрд.т | Синтетические материалы | 60 млн.т |
Металлы | 800 млн.т | Минеральные удобрения | 500 млн.т |
| Пестициды | 5 млн.т | |
Железо | 50 млн.т | ||
Жидкий сток | 500 млрд.м3 | ||
Твердый сток | 17,4 млрд.т | ||
Углекислый газ | 20 млрд.т | ||
Оксиды азота | 150 млн.т | ||
Двуокись серы | 200 млн.т |
На протяжении большей части своей истории люди избавлялись от отходов за счет природных процессов. Демографический взрыв и связанный с ним резкий рост потребления природных ресурсов, развитие промышленности (считается, что общее количество полезных ископаемых, используемых человеком, удваивается каждые 7 – 8 лет и составляет в настоящее время от 20 до 30 т на человека в год) привели к поступлению в окружающую среду огромных количеств отходов, объемы которых превышают возможности естественных экосистем по их ассимиляции и рециклизации. Человечество ежегодно извлекает из земных недр свыше 100 миллиардов тонн полезных ископаемых (их известно около 250 видов). Однако только 2 % сырья, извлекаемого из недр планеты, превращается в готовую продукцию, а остальные 98 % – отходы. Например, цветные металлы обычно получают из руды, одна тонна которой содержит от нескольких граммов до нескольких килограммов полезного вещества. Отметим в связи с этим, что в цветной металлургии при получении 12 основных металлов (алюминий, медь, никель, кобальт, свинец, цинк, вольфрам, молибден, золото, ртуть, олово, сурьма) из руд может попутно извлекаться еще 63 полезных компонента, в том числе благородные и редкие металлы, редкоземельные элементы и др. Однако комплексная переработка руд цветных металлов еще не стала правилом. Ежегодно выплавляется 800 миллионов тонн различных металлов, и, например, количество железа, поступившего антропогенным путем в биосферу Земли за последние 150 лет, составило около 6,5 миллиарда тонн, а возможные последствия процесса металлизации биосферы пока полностью не изучены. На полях каждый год рассеивается свыше 500 миллионов тонн минеральных удобрений и значительное количество ядохимикатов.
Особое значение имеют нагрузки, связанные с вовлечением в биосферные циклы ископаемых энергоносителей – углеводородов и ядерного топлива. Ежегодно сжигается около 9 миллиардов тонн условного топлива (из которых около 3 миллиардов тонн приходится на нефть и нефтепродукты), при этом в окружающую среду выбрасывается 700 миллионов тонн других соединений. В.А.Конда в начале 1970-х годов подсчитал, что человечество выводит из кругооборота (т.е. превращает в отходы) в 2000 раз больше органики, чем вся остальная биосфера. А поскольку именно биота является основным, точнее, единственным регулятором биосферных процессов, то есть все основания опасаться, что компенсационные возможности биосферы либо уже нарушены, либо находятся на пределе своих возможностей.
Проблему усугубляет большое количество отходов, практически не подверженных биодеградации, прежде всего синтетических материалов, объем производства которых составляет 60 миллионов тонн в год. Так, для полного разложения бытовых отходов требуется: бумага – 2 года, металлическая консервная банка – 90 лет, полиэтиленовый пакет – более 200 лет, пластмасса – от 200 до 500 лет, стекло – практически не разлагается.
Отходы, которые не могут быть ассимилированы или рециклизованы экосистемой и приводят к экологическим нарушениям, называютсязагрязнением. Таким образом, загрязнение можно определить как"… привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, информационных или биологических факторов или превышение естественного среднего уровня содержания данных факторов в среде, приводящее к негативным последствиям"(Н.Ф.Реймерс).
Очевидно, что загрязнение включает в себя очень много факторов, связано с весьма большим количеством источников (например, число химических веществ, поступающих в биосферу в результате производственной деятельности, достигает 100000 наименований), поэтому единственного и простого средства борьбы с ним быть не может, и, несмотря на все усилия и значительный прогресс, достигнутый в некоторых областях, проблема отходов и загрязнения еще далека от разрешения.
Обычно загрязнение связывают с деятельностью человека, но иногда оно возникает в силу естественных причин, например, при извержении вулкана, когда в атмосферу поступают тысячи тонн различных веществ. Так, при извержении вулкана Кракатау в Зондском архипелаге между островами Ява и Суматра в августе 1883 года в атмосферу было выброшено около 20 км3горных пород (грохот взрыва был слышен на расстоянии до 4000 км, в Австралии и на Цейлоне), при извержении вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 году в воздух было поднято 150 км3вещества. Следствием подобных выбросов являются, в частности, существенные климатические изменения. Установлено, например, что в годы, следующие за крупнейшими извержениями или сериями извержений вулканов, средняя температура воздуха у поверхности Земли уменьшается на 0,3 – 0,5С. 1816 год, непосредственно следующий за годом извержения вулкана Тамбора, был назван в Европе и Северной Америке "годом без лета" – в Новой Англии, например, снег выпал уже в июне. С извержением Тамборы некоторые ученые связывают и пандемию холеры, которая возникла в результате голода в Бенгалии из-за неурожая 1816 года, и к 1830 – 1832 годам достигла Европы и Северной Америки.
Существует много различных подходов к классификации загрязнений. Г.В.Стадницкий и А.И.Родионов, например, выделяют следующие основные виды загрязнений:
ингредиентное – поступление в окружающую среду чуждых естественным экосистемам веществ, например, отходов различных производств, продуктов сгорания ископаемого топлива, бытовых стоков и мусора, удобрений и ядохимикатов, отходов животноводческих ферм и т.д.;
параметрическое – изменение характеристик окружающей среды, например, температуры, уровня освещенности, уровня шума, радиационного фона, интенсивности электромагнитного излучения и т.д.;
биоценотическое – воздействие на состав и функционирование популяций живых организмов, нерегулируемый сбор растений и отлов или отстрел животных, перепромысел, браконьерство, случайная и направленная интродукция видов и т.д.;
стациально-деструктивное – изменение природных ландшафтов и экосистем в процессе природопользования, например, осушение земель, вырубка леса, мелиоративные работы, лесные и степные пожары, урбанизация, эрозия почв, дорожное строительство, карьерная разработка полезных ископаемых, зарегулирование водотоков и т.д.
Ниже будут рассмотрены основные ресурсы экосистемы Земли: почва, вода и атмосферный воздух, и связанное с их эксплуатацией человеком загрязнение окружающей природной среды. Отдельно будет рассмотрен вопрос об энергетических ресурсах экосистемы из-за специфичности возникающих при их использовании проблем. Отметим, что в соответствии с законом лимитирующих факторов деление ресурсов на основные и "неосновные" может быть проведено лишь с большими оговорками. Можно сказать, что "неосновных" ресурсов для нормального функционирования любой экосистемы не бывает. Как писал выдающийся французский философ-гуманист М.Монтень "в природе нет ничего бесполезного". Мы выделили из всего многообразия ресурсов экосистемы только перечисленные три из-за их значимости для функционирования всех экосистем на Земле, глобального характера экологических проблем, порождаемых их эксплуатацией, а также потому, что почвы, водная среда и воздушно-наземная среда являются жизненными средами для всех организмов на Земле (живой организм, выделенный нами ранее как еще одна среда жизни, в свою очередь, также существует в какой-либо из перечисленных выше сред).
- 1.1. Предмет и структура экологии
- 1.2. Специфические особенности экологии
- 1.3. Развитие и устойчивость
- Основные этапы развития биосферы Земли
- Страны – экологические "тяжеловесы"
- 2.1. Определение и структура экосистем
- 2.2. Биота
- 2.3. Биотические факторы
- 2.3.1. Гомотипические реакции
- 2.3.2. Гетеротипические реакции
- Виды гетеротипических реакций
- 2.4. Принцип Гаузе
- 2.5. Абиотический компонент
- 2.5.1. Свет
- 2.5.2. Температура, атмосферное давление, влажность, атмосферные осадки и климат
- 2.5.3. Соленость и кислотность
- 2.5.4. Биологические ритмы
- 2.5.5. Геопатогенные зоны
- 2.6. Закон лимитирующих факторов
- 3.1. Гомеостаз
- 3.2. Обмен веществом, энергией, информацией
- 3.3. Основные принципы функционирования экосистем
- 3.3.1. Первый принцип
- 3.3.2. Второй принцип
- 3.3.3. Третий принцип
- 3.4. Устойчивость экосистем
- 3.4.1. Равновесие популяций
- 3.4.2. Механизмы популяционного равновесия
- 3.5. Математические модели популяционной динамики
- 3.6. "Гипотеза Геи"
- 4.1. Экологические сукцессии
- 4.2. Эволюционная сукцессия
- 4.2.1. Некоторые генетические положения
- 4.2.2. Эволюционная сукцессия
- 4.3. Влияние человека на видовое разнообразие
- Причины исчезновения видов
- Причины, угрожающие существованию видов
- Распределение сохранившихся естественных ландшафтов в различных регионах мира
- Охраняемые территории и исчезающие виды для стран – экологических "тяжеловесов" (1990-е годы)
- 4.4. Интродукция видов
- 5.1. Связь между экологией и демографическими проблемами
- Распределение населения и мирового богатства
- Распределение мирового потребления
- 5.2. Основные показатели демографической ситуации
- Демографические данные по отдельным регионам и странам за 1988 год
- Динамика демографических процессов в России
- Коэффициент детской смертности и средняя продолжительность жизни
- Десять крупнейших государств мира и прогноз численности их населения в 2100 году
- 5.3. Причины демографического взрыва
- 5.4. Причины различий демографической ситуации в разных странах
- Демографическая ситуация в странах – экологических "тяжеловесах"
- 5.5. Пути решения проблемы народонаселения
- 5.5.1. Повышение уровня жизни
- 5.5.2. Крупномасштабные проекты и адекватная технология
- 5.5.3. Снижение рождаемости
- 6.1. Ресурсы, отходы, загрязнение
- Антропогенное воздействие на биосферу
- 6.2. Почва
- 6.2.1. Основные свойства почвы
- Взаимоотношения между механическим составом почвы и ее физическими и химическими свойствами
- 6.2.2. Потери почвы
- Распределение земельного фонда России по целевому назначению
- Скорость эрозии почв
- Опустыненные земли засушливых регионов
- Орошаемые земли, опустыненные вследствие засоления
- 6.2.3. Предупреждение потерь почвы
- 6.3. Вода
- Содержание воды в растительных и животных организмах
- 6.3.1. Основные свойства воды как среды жизни
- 6.3.2. Круговорот воды
- Скорость водообмена
- 6.3.3. Влияние человека на круговорот воды
- Потребление пресной воды для производства 1 тонны продукции
- 6.3.4. Сохранение и возобновление водных ресурсов
- 6.4. Воздух
- Химический состав сухого воздуха
- 7.1. История вопроса, топливно-энергетический баланс и классификация энергетических ресурсов
- Среднее ежедневное потребление энергии на душу населения на разных стадиях развития цивилизации
- Методы получения электроэнергии в сша в 1987 году
- Структура мирового потребления топливно-энергетических ресурсов
- 7.2. Ископаемое топливо
- 7.3. Энергия воды и ветра
- 4. Атомная энергия
- 7.4.1. Масштабы и характеристика ядерной энергетики
- Действующие энергоблоки аэс России
- Наиболее распространенные изотопы, образующиеся в ядерном реакторе
- 7.4.2. Проблема безопасности аэс
- 7.4.3. Реакторы-размножители и другие направления ядерной энергетики
- 7.5. Энергоэффективность и рентабельность
- Классификация качества различных видов энергии
- Энергоэффективность различных способов отопления помещений
- Коэффициенты рентабельности для различных энергетических систем
- 7.6. Альтернативные источники энергии
- 8.1. Экологическое нормирование качества окружающей среды
- 8.2. Вредители и загрязнение пестицидами
- 8.2.1. Вредители
- 8.2.2. Пестициды как средство борьбы с вредителями
- 8.2.3. Экологические методы борьбы с вредителями
- 8.3. Загрязнение синтетическими органическими соединениями
- Влияние синтетических органических веществ на здоровье человека
- 8.4. Загрязнение тяжелыми металлами
- Поступление тяжелых металлов в организм человека с пищей за сутки
- 8.5. Загрязнение водоемов биогенами и эвтрофизация
- 8.6. Загрязнение нефтью
- 8.7. Загрязнение атмосферы
- 8.7.1. Смог
- Влияние режима работы двигателя автомобиля на состав выхлопных газов
- 8.7.2. Кислотные осадки
- 8.7.3. Разрушение озонового слоя
- 8.7.4. Парниковый эффект
- Выбросы углерода от сжигания ископаемых видов топлива странами – экологическими "тяжеловесами" в 1995 году
- 8.8. Тепловое загрязнение
- 8.9. Сброс отходов в Мировой океан (дампинг)
- 8.10. Экономика загрязнения и риск
- 9.1. Предмет изучения и этапы развития
- 9.2. Основные характеристики воздействия ионизирующего излучения на организмы и единицы их измерения
- Периоды полураспада некоторых радиоактивных изотопов
- Значения взвешенных коэффициентов wтк для различных тканей и органов человека
- 9.3. Воздействие ионизирующего излучения на организмы
- Коэффициенты концентрирования некоторых радионуклидов для пресноводных организмов
- Полулетальная доза облучения для различных живых организмов
- Допустимые уровни облучения человека
- Допустимые уровни облучения, установленные для военного времени для военнослужащих
- Степени лучевой болезни
- Некоторые уровни облучения
- 9.4. Радиоэкология популяций и сообществ
- 9.5. Радиационный фон
- 9.5.1. Естественный радиационный фон
- Средняя удельная радиоактивность строительных материалов
- Предельно-допустимые значения мощности эквивалентной дозы облучения
- Предельно-допустимое содержание радиоактивных изотопов в продуктах питания
- 9.5.2. Искусственный радиационный фон
- 9.6. Радиационная обстановка в России, Санкт-Петербурге и Ленинградской области
- 10.1. Масштабы урбанизации и связанные с ней экологические проблемы
- Динамика мирового процесса урбанизации (по в.П.Максаковскому)
- Урбанизация для различных групп стран
- Темпы урбанизации в России
- Количество городов-миллионеров
- Мегаполисы (на 1985 год)
- Ежегодное потребление ресурсов и выбросы современного города с населением 1 миллион человек (по ю.И.Скурлатову, г.Г.Дуке, а.Мизити)
- 10.2. Проблема твердых отходов
- Структура твердых бытовых отходов в сша в 1988 году
- Сравнительная характеристика различных способов ликвидации мусора
- Уровень рециркуляции макулатуры
- 10.3. Очистка сточных вод и газовых выбросов
- 10.3.1. Очистка сточных вод
- 10.3.2. Очистка газовых выбросов
- 10.4. Городской микроклимат
- 10.5. Шумовое загрязнение и вибрация
- Шумовое загрязнение
- 10.6. Пылевое загрязнение
- 10.7. Растительность и животные в городе
- 10.8. Электромагнитное загрязнение
- 10.9. Экологически устойчивый город
- 10.10. Экологическая обстановка в Санкт-Петербурге
- 10.10.1. Состояние атмосферного воздуха
- Количество загрязняющих веществ, выброшенных в атмосферу Санкт-Петербурга за период 1987 – 1997 годов
- Данные по загрязнению атмосферного воздуха в 1996 – 1997 годах
- Перечень превышения нормативов в точках наблюдения по основным загрязняющим веществам, имеющим значение в плане риска влияния на здоровье
- Превышение нормативов загрязнения атмосферы по веществам в Санкт-Петербурге за 1997 год
- Уровни загрязнения атмосферного воздуха в 1997 году
- Превышение нормативов загрязнения атмосферы по точкам наблюдения за 1997 год
- Превышение нормативов загрязнения атмосферы по районам Санкт-Петербурга за 1997 год
- 10.10.2. Состояние водных объектов
- Состояние загрязненности водных объектов Санкт-Петербурга в 1990 году
- Динамика загрязненности водотоков Санкт-Петербурга в 1996 – 1997 годах
- Качество питьевой воды в Санкт-Петербурге
- 10.10.3. Дамба
- Наводнения в Санкт-Петербурге в 1703 – 1994 годах
- 10.10.4. Состояние городских почв
- Районы наиболее загрязненных почв в Санкт-Петербурге
- 10.10.5. Шумовое загрязнение
- Уровень шума на транспортных магистралях Санкт-Петербурга
- 10.10.6. Зеленые насаждения и животный мир
- Состояние зеленых насаждений в Санкт-Петербурге
- 10.10.7. Проблема городских отходов