<<
>>

Глобальный процесс нарушения равновесного состояния географической оболочки Земли. 

  Как известно, структурные компоненты географической оболочки Земли тесно связаны между собой сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии. Процессы взаимодействия протекают на разных уровнях: между геосферами (атмо-, гидро-, лито- и биосферой), между отдельными ландшафтами, регионами и т.д.
Однако повсюду действует единый процесс обмена веществом и энергией. Многие элементы, пройдя цепь биологических и химических превращений, возвращаются в состав исходных химических соединений. Главной движущей силой в функционировании как глобального, так и локальных круговоротов веществ являются сами живые организмы.

Многие ученые, начиная с В. И. Вернадского, рассматривали глобальный биогеохимический круговорот элементов в природе как один из важнейших факторов поддержания динамических равновесий в биосфере. Между отдельными малыми (или частными) круговоротами существуют сложные взаимосвязи, что в конечном счете приводит к постоянному перераспределению вещества и энергии между ними, обеспечивает многократность возникновения одних и тех же органических форм при ограниченном объеме исходного вещества, участвующего в круговоротах.

В настоящее время самую широкую поддержку среди специалистов находит мнение о том, что естественная глобальная экосистема (биосфера) должна быть сохранена в необходимом объеме и состоянии, так как она не только обеспечивает потребности человека и созданных им хозяйственных структур, но и поддерживает существование Жизни в целом.

В результате хозяйственной деятельности все более нарушается природное соотношение кислорода и углекислого газа в атмосфере. Люди расходуют кислорода на 15 — 20% больше, чем его вырабатывают растения планеты. Некоторые государства (США, Швейцария, страны с преобладанием пустынных ландшафтов) находятся уже на «кислородном иждивении» стран, имеющих большие площади лесов, — Канады, Бразилии, России, так как общепланетарная циркуляция атмосферы в определенной степени компенсирует антропогенную убыль кислорода в отдельных регионах.

На территории России имеются регионы, которые тоже имеют отрицательный баланс кислорода. Это наблюдается, например, в пределах Центрального экономического района, где ежегодное сжигание предприятиями до 100 млн т горючего приводит к нарастанию дефицита кислорода, превышающего 120 млн т. При этом общая площадь лесов, восстанавливающих запасы кислорода, составляет здесь не менее 45 % территории (В. В. Братков, 2006).

Очевидно, что биосфера и природные экосистемы обладают некоторой предельной хозяйственной емкостью, превышение которой вызывает разрушение биосферы и экосистем, которые уже не восстанавливаются несмотря на весь комплекс принимаемых мер. Как видно из табл. 3.4, в первые десятилетия XXI в. тенденции глобальных негативных изменений в окружающей среде не только будут сохраняться, но и усилятся.

Задача биологической стабилизации окружающей среды состоит в определении допустимого антропогенного возмущения окружающей среды, при котором она сама способна достаточно быстро восстанавливать свою стабильность.

Человеческое общество, используя природные ресурсы, взяло на себя внутри биосферы в основном функции синтеза, а функции разложения предоставило природе, пытаясь заставить ее ассимилировать отходы производства. Человек в настоящее время синтезирует около 10 млн веществ, производит в крупных масштабах — более 50 тыс. веществ и в особо крупных масштабах примерно 5 тыс. веществ (В. И. Данилов-Данильян, 1994). Значительная часть производимых человеком веществ чужда природе и поэтому не поддается разложению. Образуются гигантские массы отходов, загрязняющих окружающую среду.

Загрязнение окружающей среды в глобальном масштабе — основной фактор, оказывающий негативное воздействие на состояние географической оболочки Земли в целом.

Загрязнение — это привнесение в среду или возникновение в ней не свойственных ей физических, химических, биологических, механических или информационных агентов или превышение в рассматриваемое время среднемноголетнего уровня концентрации перечисленных агентов, нередко приводящее к негативным экологическим последствиям.

Загрязнение атмосферы (воздушной оболочки Земли) при поступлении в нее примесей естественного или антропогенного происхождения нарушает круговорот основных составляющих ее элементов — кислорода, углерода, азота и водорода. К природным источникам загрязнения атмосферы относятся извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, космическая пыль, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения.

Кислород используется в процессе дыхания, окисления органических веществ. Углекислый газ потребляется в процессе фотосинтеза растениями и выделяется при разложении органических

Тенденции глобальных изменений окружающей среды

(К. С. Лосев и др. 1993, с доп.)

Характеристика

Тенденция 1972— 1992 гг.

Сценарий до 2030 г.

Потребление

первичной

биологической

продукции

Рост потребления: 40 % на суше, 25 % — на Земле в целом (оценка 1985 г.)

Рост потребления: 80 —85 % на суше,

50 — 60 % на Земле в целом

Изменение концентрации парниковых газов в атмосфере

Рост концентрации парниковых газов от десятых долей процента до нескольких процентов ежегодно

Рост концентрации, ускорение роста концентрации С02 и СН4 за счет ускорения разрушения биоты

Истощение озонового слоя, рост озоновой дыры в Антарктиде

Истощение озонового слоя на 1 —2 % ежегодно, рост площади озоновой дыры

Сохранение тенденции даже при прекращении выброса хлорфторуглеродов

Сокращение площади лесов, особенно тропических

Сокращение со скоростью от 117 (1980 г.) до 180 ± 20 тыс. км2 (1989 г.) в год; лесовосстановление относится к сведению как 1: 10

Сохранение тенденции, сокращение площади лесов в тропиках с 18 (1990 г.) до 9 — 11 млн км2 (2030 г.), сокращение площади лесов умеренного пояса

Опустынивание

Расширение площади пустынь (60 тыс.

км2 в год), рост техногенного опустынивания

Сохранение тенденции, возможен рост темпов за счет уменьшения влагооборота на суше

Деградация

земель

Рост эрозии (24 млрд т ежегодно), снижение плодородия, накопление загрязнителей, закисление, засоление

Сохранение тенденции, рост эрозии и загрязнения, сокращение площади сельскохозяйственных земель на душу населения

Повышение уровня Мирового океана; обострение проблем прибрежных регионов

Подъем уровня океана на 1 — 2 мм/год

Сохранение тенденции, возможно ускорение подъема уровня до 7 мм/год

Характеристика

Тенденция 1972— 1992 гг.

Сценарий до 2030 г.

Потеря биоразнообразия, утрата видов

Быстрое исчезновение видов

Усиление тенденции по мере разрушения биосферы; сокращение числа видов на 25 % к 2030 г.

Качественное истощение вод суши

Рост объемов сточных вод, точечных и площадных источников загрязнения, числа поллютантов и их концентраций

Сохранение и нарастание тенденций,обострение проблемы нехватки чистой воды, особенно в развивающихся странах

Загрязнение окружающей среды, накопление поллютантов в средах и организмах, миграция их по трофическим цепям

Рост массы и числа поллютантов в средах и организмах, рост радиоактивности среды

Сохранение тенденций и возможное усиление

Ухудшение условий проживания людей, рост генетических заболеваний и заболеваний, связанных с экологическими нарушениями, появление новых болезней

Рост бедности, нехватка продовольствия, высокая детская смертность, высокий уровень заболеваемости, необеспеченность чистой питьевой водой в развивающихся странах; проживание в зонах высокого загрязнения, рост генетических заболеваний, высокий уровень аварийности, рост потребления лекарств, рост аллергических заболеваний в развитых странах; пандемия СПИД в мире, понижение иммунного статуса

Сохранение тенденций, рост нехватки продовольствия, рост генетических заболеваний и заболеваний, связанных с экологическими нарушениями, расширение территории инфекционных заболеваний, появление новых болезней

остатков.

Если содержание 02 и N2 в атмосфере относительно постоянно, то распределение 03 и водяного пара меняется в зависимости от времени года, географической широты и др.

В настоящее время к естественным факторам изменчивости атмосферы добавился антропогенный фактор. Главный вклад в антропогенное загрязнение атмосферы вносят следующие процессы: сжигание горючих ископаемых, сопровождаемое выбросом более 5 млрд т С02 в год, в результате которого за 100 лет (1860 — 1960 гг.) содержание С02 в атмосфере Земли увеличилось на 18%; работа тепловых электростанций, сжигающих высокосернистые угли с выделением большого количества сернистого газа, который служит причиной кислотных дождей; полеты современных турбореактивных самолетов, выбрасывающих оксиды азота и газообразные фторуглеводороды, которые приводят к повреждению озонового слоя атмосферы; сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы (М. М. Судо, 1981) относятся автотранспорт (выхлопные газы содержат С02, оксиды серы, азота, альдегиды, свинец, хлориды и др.), теплоэнергетика (выбрасывает S02, N02, СО, С02, углеводороды, ртуть, свинец, мышьяк, хлор, ванадий и др.), машиностроение (аэрозоли, пары растворителей, бензол, толуол, ксилол, ацетон, бензин, пыль различного химического состава, S02, оксиды углерода и азота), производство строительных материалов (оксиды углерода и азота, фенол, формальдегид, сера, сажа, свинец, красители, цемент, асбест, нитроцеллюлозные и полиэфирные масла), черная и цветная металлургия (оксиды углерода и азота, S02, углеводороды, Si02, металлическая пыль — оксиды железа, марганца, цинка, ванадия, никеля и др.), нефтегазовая промышленность (S02, оксиды серы, азота, сероводород, минеральная пыль, углеводороды, альдегиды).

Во второй половине XX в. вследствие быстрого экономического роста человек качественно изменил химическую обстановку на поверхности планеты, включив в круговороты совершенно новые, неизвестные природе вещества, и особенно — увеличив массу токсичных веществ (табл.

3.5).

Большую часть загрязнений атмосферы от стационарных источников дают предприятия металлургического, энергетического и нефтехимического комплексов, где происходит сжигание основной массы ископаемого топлива. От значительной части этих веществ атмосфера освобождается, так как вместе с осадками они

  Производство опасных отходов

(В. И.Данилов-Данильян, 1994)

Страна

Количество отходов, тыс. т

в начале 1980-х гг.

в конце 1980-х гг.

США

264 000

275 000

ФРГ (без ГДР)

4 892

6 000

Италия

3 800

Великобритания

1500

4 500

Франция

2 000

3 000

Россия

20 000

Мир в целом

338 000

поступают в почву или воду, загрязняя их. Однако процесс самоочищения атмосферы все больше отстает от процесса поступления отходов, которые, накапливаясь, взаимодействуют друг с другом и образуют новые, иногда еще более вредные соединения.

Россия занимает невыгодное географическое положение по отношению к трансграничному переносу загрязнителей в атмосфере. В связи с преобладанием в средних широтах западного переноса воздушных масс в страну поступает значительное количество поллютантов из стран Западной и Центральной Европы и ближнего зарубежья — Украины, Белоруссии, стран Балтии, Скандинавии.

С накоплением в атмосфере оксидов серы и азота связана глобальная экологическая проблема, ставшая настоящим «бичом» для всего человечества — выпадение «кислотных дождей». Основные компоненты кислотных осадков — это аэрозоли оксидов серы и азота: SOx и NOx. Они могут быть естественного происхождения (извержения вулканов, грозовые разряды и молнии, лесные пожары) или антропогенного (сжигание угля в котельных, на тепловых электростанциях, выбросы промышленности и автотранспорта) (табл. 3.6). При взаимодействии с атмосферной, почвенной или гидросферной влагой эти аэрозоли образуют серную и азотную кислоты:

2S02 + 02 -gt; 2S03 2NO + 02 -gt; 2N02

S03 + Н20              H2S04              3N02 + Н20 -gt; 2HN03 + NO

В естественных условиях атмосферные осадки обычно имеют нейтральную или слабокислую реакцию (pH lt; 7). В присутствии

Антропогенные выбросы S02 и N02

(Н.Ф. Винокурова, 1998)

Источник

Загрязняющие вещества, %

so2

no2

ТЭС

55

37

Промышленность

44

13

Транспорт

1

50

углекислого газа при температуре воздуха около 20 °С дождевая вода имеет кислотность 5,6. Осадки с pH ниже 5 называются «кислотными дождями».

В своей эволюции живые организмы приспособились к определенному интервалу кислотности среды (pH). Изменение pH ведет к существенной перестройке водных и наземных экосистем, их живых обитателей. Впервые это явление наблюдали в 1911 г. в Норвегии, где из-за подкисления природных вод внутренних озер погибло много рыбы. Когда такие явления стали массовыми, они привлекли внимание общественности. Аналогичные случаи отмечались в 1960-х гг. в промышленных районах Швеции, Канады и США. Удалось установить, что их причиной были дожди с высоким содержанием серной кислоты.

Оказалось, что кислотные дожди не обязательно выпадают вблизи источника загрязнения. Многие загрязняющие вещества, особенно в виде аэрозолей, могут переноситься в атмосфере на чрезвычайно большие расстояния. Эти процессы не имеют национальных границ, а носят глобальный характер.

Образуясь в результате загрязнения атмосферы, кислотные дожди наносят серьезный экологический ущерб многим компонентам биосферы: губят лес, почвы, водоемы, обитающие в них организмы, отражаются на здоровье людей. В Западной Европе количество лесов, пострадавших в результате подкисления почв и кислых дождей, достигло 30 %, а местами и более 50 %. В России более 600 тыс. га лесных массивов, расположенных в зонах выбросов промышленных предприятий, находятся в состоянии полного или частичного высыхания.

Образующиеся кислоты, попадая в какую-либо среду, в результате обменных процессов способны вытеснять из нее токсичные металлы — ртуть, алюминий, свинец, кадмий. Последние переходят в подвижное состояние и загрязняют питьевую воду, потребляемую человеком, губят рыбу и другие водные организмы. Кислотные дожди оказывают также разрушительное действие на

исторические и архитектурные памятники, наносят вред зданиям и производственным сооружениям из природного камня и бетона. Усиление коррозии металлов, вследствие кислотных дождей приводит к гибели металлических сооружений — мостов, железных дорог и.т.д.

Чрезвычайно опасно увеличение содержания в атмосфере углекислого газа. В газовом составе атмосферы его по объему (0,03%) значительно меньше, чем азота (78,09%), кислорода (20,96 %), аргона (0,93 %). Однако именно увеличение количества С02 за счет антропогенной деятельности в настоящее время волнует человечество (рис. 3.4). Этот планетарный процесс связан с массовым сжиганием человеком органического топлива (угля, нефти, древесины) на предприятиях, в котельных, на транспорте, в процессе которого углекислый газ выделяется в атмосферу. Другая причина накопления С02 — глобальное истребление лесов на планете, являющихся главными поглотителями С02 в процессе фотосинтеза. К естественным источникам поступления углекислого газа в атмосферу относят вулканические извержения, лесные пожары, пыльные бури, жизнедеятельность организмов и др. (рис. 3.5).

По имеющимся данным (А. Г. Воронов, 2002), человечество в целом за год «выдыхает» 1,08 ¦ 109 т углекислого газа, а промышленные предприятия расходуют 5 ¦ 109—6 ¦ 109 т углерода в виде органического топлива. Если бы весь образующийся углекислый газ не удалялся из атмосферы, его ежегодное накопление в воздухе составило бы 2,3 млн т. Этого не происходит, так как значительная доля углекислого газа расходуется на питание растений, часть растворяется в водах океана. Тем не менее с возрастанием интенсивности хозяйственной деятельности содержание С02 в

Рис. 3.4. Соотношение выбросов углекислого газа в различных регионах мира в результате хозяйственной деятельности человека (В. Ф. Протасов, 2001)

Рис. 3.5. Круговорот углерода в биосфере (В. Ф. Протасов, 2001)

атмосфере растет и, как ожидают, к 2020 г. его количество увеличится с 320 до 400 млн т.

Как полагают многие исследователи, результатом увеличения количества углекислого газа в атмосфере Земли на 10 % каждые

20 лет может стать значительное глобальное изменение климата. Действительно, со второй половины прошлого века наблюдается постепенное повышение температуры воздуха — примерно на 1 °С за столетие.

Мировая научная общественность связывает наблюдаемое явление, получившее название «парниковый эффект», с увеличением в атмосфере концентраций парниковых газов (водяного пара, С02, метана, NO), обладающих способностью пропускать к поверхности планеты солнечную радиацию и удерживать отраженное Землей тепловое излучение, в результате чего повышается температура приземного слоя воздуха. Ряд ученых считают потепление глобальным естественным процессом.

Главным по массе парниковым газом в атмосфере является С02. Он вносит и основной вклад в парниковый эффект — 50 %. За ним следует метан — 20 %, затем хлорфторуглероды — 15 %, озон — 8 % и оксид азота (II) — 5 % (табл. 3.7).

Последствия глобального потепления, обусловленного парниковым эффектом, могут быть разнообразными, как отрицательными (исчезновение ледников в горах и связанное с ним изменение режима рек; таяние льдов Гренландии, Арктики и Антарктиды, способное вызвать поднятие уровня Мирового океана на 0,5 — 1 м и затопление прибрежных территорий многих стран мира), так и положительными (таяние вечной мерзлоты, продвижение теплолюбивых культур на север, возрастание биопродуктивности бореальных и умеренных лесов, повышение урожайности ряда сельскохозяйственных культур). Но они могут быть и катастрофическими, способными вызвать нарушение динамического равновесия всей биосферы, в частности, циркуляции атмосферы,

Таблица 3.7

Выбросы основных парниковых газов странами-производителями

(В.И.Данилов-Данильян и др., 1994)

Страны

Парниковые газы, млн т

со2

сн4

Хлорфторуглероды

(1990 г.)

(1987 г.)

(1988 г.)

США

1 310

50

0,520

ЕЭС

1 200

50

0,455

Россия

700

15

0,100

Китай

610

15

Япония

270

5

0,130

Мир в целом

6 000

255

1,120

теплового баланса Мирового океана и др. Поэтому международной научной общественностью, разрабатывающей предложения по совместным действиям, принято решение о сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу странами мирового сообщества на 20 —80 %. В 1992 г. была принята и открыта к подписанию Рамочная конвенция ООН об изменении климата, ее конечная цель «заключается в том, чтобы добиться... стабилизации концентраций парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного воздействия на климатическую систему». Конвенция вступила в силу в 1994 г., по данным на 2007 г. она ратифицирована 190 государствами, включая Россию.

Проблема изменения климата Земли должна рассматриваться с учетом всех глобальных процессов, как один из индикаторов антропогенной деформации окружающей среды, которая отражает не столько выбросы парниковых газов в атмосферу, сколько нарушение нормального функционирования экосистем и всей биосферы в целом.

Нельзя забывать, что на климат планеты влияют и естественные факторы: изменение солнечной активности, вулканическая деятельность, колебания в системе «атмосфера—океан» и др. Поэтому ответ на вопрос о необходимости введения жестких ограничений потребления человеком энергии с тем, чтобы избежать катастрофы глобального потепления, противоречив и возможен лишь с учетом всех факторов. Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата, принятый в 1997 г. на Третьей конференции сторон конвенции в Киото и в настоящее время ратифицированный 177 государствами, включая все промышленно развитые страны, кроме США (вступил в силу в 2005 г. после ратификации его Россией), накладывает на присоединившиеся к нему государства конкретные количественные обязательства по сокращению или ограничению объемов антропогенных выбросов парниковых газов в период с 2008 по 2012 г.

Другое серьезное последствие антропогенного загрязнения атмосферы появление «озоновых дыр». Озон называют атмосферным щитом, так как его слой задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение — солнечные лучи с длиной волны менее 0,3 мкм, смертельные для всего живого на Земле. Полагают, что озоносфера возникла около 500 млн лет назад, когда в атмосферу стал поступать биогенный кислород фотосинтетического происхождения. Озоновый экран, располагающийся в нижних слоях атмосферы на высотах 8 — 10 км на полюсах и от 16 —18 км до 50 км на экваторе, способен разрушаться под воздействием синтезированных человеком газов — фреонов, широко применяемых в кондиционерах, морозильных камерах, аэрозолях и пр. Вблизи поверхности Земли фреоны безвредны для живых организмов, хотя и способствуют усилению парникового эффекта. Но распространяясь вверх, фреоны разрушаются под воздействием солнечного излучения. При этом выделяются такие активные элементы, как фтор и хлор; каждый атом последнего способен уничтожить 100 тыс. молекул озона. Активную роль в разрушении озона играют также оксиды азота, тяжелые металлы, выбросы продуктов сгорания высотной авиацией и космической техникой и др.

При уменьшении плотности озонового слоя ослабляется защитный эффект поглощения УФ-излучения. В 1985 г. толщина озонового слоя над Антарктидой сократилась почти наполовину. При этом появилась «дыра», которая через два года расползлась на десятки миллионов квадратных километров и вышла за пределы шестого континента. В 1994 г. была зарегистрирована гигантская аномалия утончения озонового слоя, захватившая территории Западной и Восточной Европы, Северной Азии и Северной Америки (В. Ф. Протасов, 2001). Мониторинг общего содержания озона над Россией и прилегающими территориями проводит Центральная аэрологическая обсерватория (ЦАО) Росгидромета на 32 станциях (в том числе на 11 вне территории России). В отдельные годы наблюдались резкие изменения содержания озона над Россией (в 1995 г. — над Восточной Сибирью, в 2005 г. — над северозападной частью европейской территории страны).

Увеличение УФ-излучения, достигающего Земли, может привести к снижению продуктивности растений, нарушению жизнедеятельности планктона в морях, а следовательно, к нарушениям во всей трофической сети биоты Мирового океана. Изучение медико-биологического действия озона в настоящее время становится серьезной научной проблемой также в связи с тем, что в больших концентрациях (на предприятиях химической промышленности, при высоковольтных испытаниях, электросварке) он ядовит и вызывает серьезные изменения в организме человека (злокачественные новообразования, рак кожи, поражения глаз, ослабление иммунной системы).

Согласно международным соглашениям, с 2010 г. в мире должно быть полностью прекращено производство фреонов.

<< | >>
Источник: Комарова Н. Г.. Геоэкология и природопользование : учеб, пособие для высш. пед. проф. образования. 2010

Еще по теме Глобальный процесс нарушения равновесного состояния географической оболочки Земли. :

  1. §3.8. Что же мы узнали о прошлом, и есть ли у истории «законы»?
  2. Глава 5 ЧТО ТАКОЕ ЭТНИЧНОСТЬ. ПЕРВОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ
  3. § 5. Урбанизация и климат
  4. Глобальный процесс нарушения равновесного состояния географической оболочки Земли. 
  5. СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
  6. Биосфера как космопланетарная геосистема Земли
  7. Элементы круговорота веществ и энергии в природных системах