Антропогенные изменения в биосфере. Экологические изменения сегодня
В.И. Вернадский отмечал, что с увеличением масштабов и интенсивности деятельности человечество в целом превратилось в мощную геологическую силу. Это обусловило переход биосферы в качественно новое состояние. Уже сегодня истреблено 2/3 лесов планеты; в атмосферу ежегодно выбрасывается более 200 млн т оксида углерода, около 146 млн т диоксида серы, 53 млн т оксидов азота и т.д. Около 700 млн га некогда продуктивных земель нарушено эрозией (при всей площади возделываемых земель, равной 1400 млн га). Очевиден тот факт, что природные ресурсы и восстановительные способности живой природы отнюдь не безграничны.
Вся история человечества — это история экономического роста и последовательного разрушения биосферы. Только в эпоху палеолита человек не нарушал естественные экосистемы, поскольку образ его жизни (собирательство, охота, рыболовство) был подобен образу существования родственных ему животных. Дальнейшее развитие цивилизации привело к созданию современной искусственной, техногенной среды обитания человека, истощению и загрязнению природной среды. Особенно разительные экономические и экологические изменения произошли в XX в.: по расчетам, лишь около 1/3, территории планеты осталось не затронутой человеческой деятельностью. За прошедшее столетие в экосистеме Земли возникла и в сотни раз выросла глобальная хозяйственная подсистема. В XX в. ускоренными темпами шло последовательное расширение хозяйственной подсистемы за счет вытеснения природных систем (табл. 2.1).
Как видно из таблицы 2.1, к началу XX в. экономика планеты производила валовой мировой продукт (ВМП) в объеме около 60 млрд долл. в год. Этот экономический потенциал был создан за все время существования цивилизации. В настоящее время подобный объем ВМП производится менее чем за один день.
За 100 лет мировое потребление энергии увеличилось в 14 раз. Суммарное потребление первичных энергоресурсов за этот период превысило 380 млрд т условного топлива (> 1022 Дж). С 1950 по 1985 г. среднее душевое потребление энергоресурсов удвоилось и достигло 68 ГДж/год. Это означает, что мировая энергетика росла вдвое быстрее, чем численность населения.
Претерпела изменения структура топливного баланса большинства стран мира: если ранее в топливно-энергетическом балансе основную долю составляли дрова и уголь, то к концу XX в. преобладающим видом стало углеводородное топливо — до 65% приходится на нефть и газ, а до 9% — в сумме на атомную и гидроэнергетику. Некоторое хозяйственное значение приобретают альтернативные энергетические технологии. Среднедушевое потребление электроэнергии достигло 2400 кВт-ч/год. Все это оказало большое влияние на структурные сдвиги в производстве и быте сотен миллионов людей.
Многократно увеличилась добыча и переработка минеральных ресурсов — руд и нерудных материалов. Производство черных металлов возросло за столетие в восемь раз и достигло в начале 1980-х гг. 850 млн т/год. Еще интенсивнее развивалось производство цветных металлов, в основном за счет очень быстрого наращивания выплавки атюминия, достигшей к концу 1980-х гг. 14 млн т/год. Начиная с 1940-х гг. стремительно возросла промышленная добыча урана.
В XX в. значительно вырос объем и изменилась структура машиностроения, быстро увеличиваюсь численность и единичная мощность производимых машин и агрегатов. Весомую долю продукции машиностроения составила военная техника. Появились и получили быстрое развитие такие отрасли, как производство средств связи, приборостроение, радиотехника, электроника, вычислительная техника. В тысячи раз выросло производство самодвижущихся транспортных средств. С 1970-х гг. на дорогах мира ежегодно появляется около 16 млн новых легковых автомобилей. В некоторых странах (Франция, Италия, США, Япония) количество автомобилей уже сопоставимо с числом жителей. Известно, что на каждую 1 тыс. км пробега автомобиль потребляет годовую норму кислорода одного человека, в результате 6,5-миллиардное человечество потребляет кислорода столько, сколько потребовалось бы для дыхания 73 млрд человек.
Важной чертой современного техногенеза является интенсивная химизация всех отраслей хозяйства. За последние 50 лет было произведено и применено более 6 млрд т минеральных удобрений. Для различных целей в обиход введено более 400тыс. различных синтетических соединений, в том числе взрывчатых и отравляющих веществ. Начало массового производства многих продуктов крупнотоннажной химии, в частности нефтехимии и химии органического синтеза, относится к середине столетия. За 40 лет во много раз возросло производство пластмасс, синтетических волокон, синтетических моющих средств, пестицидов, лекарственных препаратов.
Огромный технический потенциал человечества сам по себе обладает внутренней неустойчивостью. Из-за высокой концентрации в пределах биосферы и среды человека опасных агентов и источников риска (все виды вооружений, отравляющие вещества и ядерное топливо) этот потенциал не только угрожает биосфере, но и включает потенциал самоуничтожения. Данная угроза не так уж легко осознается, поскольку в психологии масс она маскируется положительными результатами социального прогресса во второй половине XX столетия, когда возросли темпы роста дохода надушу населения, более эффективными стали системы здравоохранения и образования, улучшилось питание людей, увеличилась продолжительность жизни.
Однако за этими «среднеглобальными» позитивными результатами скрывается очень глубокое неравенство экономического положения и потребления ресурсов между регионами и странами мира, между разными группами людей. Подсчитано, что на 20% самого богатого населения мира приходится 86% обшей суммы личных расходов, потребление 58% мировой энергии, 45% мяса и рыбы, 84% бумаги, наличие 87% личных автомобилей. С другой стороны, 20% беднейших жителей планеты потребляют всего 5% или менее товаров и услуг каждой из перечисленных категорий.
Во всех природных средах происходит однонаправленное изменение концентраций химических веществ в сторону увеличения. В атмосфере быстро нарастает концентрация углекислого газа (с 280 до 350 частей на 1 млн за 200 лет, причем более половины прироста — за последние 50 лет), метана (с 0,8 до 1,65 частей на 1 млн), оксида азота и др. Во второй половине XX в. в атмосфере появились совершенно новые газы — хлофторуглероды (хладоны). Все это является следствием хозяйственной деятельности человека. Так же активно и быстро происходит рост концентрации химических веществ в поверхностных водах суши, о чем свидетельствует глобальная эвтрофикация водоемов суши и части прибрежных вод Мирового океана.
Атмосферные выпадения соединений азота и серы, в том числе в виде кислотных осадков, существенно сказались на химических и биологических процессах в почвах, что привело к деградации почвенного покрова во многих регионах планеты. Наконец, хорошо известна проблема биоразнообразия, скорость сокращения которого в результате хозяйственной деятельности значительно выше, по сравнению с естественными процессами исчезновения видов. В результате разрушения среды обитания живых организмов существенно подорвано былое биологическое разнообразие планеты.
Глобальные изменения окружающей среды свидетельствуют о том, что в своем развитии человечество превзошло допустимые экологические пределы, определяемые законами биосферы, что человек зависим от этих законов.
К изменению и разрушению естественных экосистем добавилось мощное промышленное загрязнение. На душу населения в мире добывается ежегодно более 50 т сырья, в результате переработки которого (с помощью воды и энергии) человечество в конце концов получает почти столько же отходов, в том числе 0,1 т опасных отходов на каждого жителя планеты.
Важнейшие глобальные экологические проблемы, стоящие перед современным человеком, следующие: загрязнение окружающей среды, парниковый эффект, истощение «озонового слоя», фотохимический смог, кислотные дожди, деградация почв, обезлесевание, опустынивание, проблемы отходов, сокращение генофонда биосферы и др.
Парниковый эффект – это нагрев внутренних слоев атмосферы Земли, обусловленный прозрачностью атмосферы для основной части излучения Солнца (в оптическом диапазоне) и поглощением атмосферой основной (инфракрасной) части теплового излучения поверхности планеты, нагретой Солнцем.
В атмосфере Земли излучение поглощается молекулами Н2О, СО2, О3 и др. Парниковый эффект повышает среднюю температуру планеты, смягчает различия между дневными и ночными температурами.
В результате антропогенных воздействий (сжигание топлива и промышленные выбросы) содержание углекислого газа, метана, пыли, фторхлоруглеродных соединений (и других газов, поглощающих в инфракрасном диапазоне) в атмосфере Земли постепенно возрастает. Смесь пыли и газов действует как полиэтиленовая пленка над парником: хорошо пропускает солнечный свет, идущий к поверхности почвы, но задерживает рассеиваемое над почвой тепло – в результате под пленкой создается теплый микроклимат.
Не исключено, что усиление парникового эффекта в результате этого процесса может привести к глобальным изменениям климата Земли, таянию ледников и повышению уровня Мирового океана.
Кислотные дожди – это атмосферные осадки (в т. ч. снег), подкисленные (pH ниже 5,6) из-за повышенного содержания в воздухе промышленных выбросов, главным образом SO2, NO2, HCl и др. В результате попадания кислотных дождей в поверхностный слой почвы и водоемы развивается подкисление, что приводит к деградации экосистем, гибели отдельных видов рыб и др. водных организмов, сказывается на плодородии почв, снижении прироста лесов и их усыхании. Кислотные дожди особенно характерны для стран Западной и Северной Европы, для США, Канады, промышленных районов Российской Федерации, Украины и др.
Истощение запаса энергетических ресурсов. Важнейшим фактором, ограничивающим развитие промышленной деятельности человека, является энергетический лимит. Современное мировое энергопотребление человечества составляет около 10 ТВт Основой энергетики сегодня является ископаемое топливо: уголь, нефть, газ и уран-235.
Рост мирового потребления энергии во времени имеет экспоненциальный характер (также, как и рост численности населения Земли). Промежуток времени между освоением первых 10% и разработкой последних 10% запаса невозобновимого ресурса называют полезным периодом использования сырьевого источника. Проведенные расчеты показали, что, например, для газа полезный период продлится 20 — 25 лет, для нефти -30 — 40 лет, для угля — до 100 лет. Таким образом, в основу своей энергетической стратегии человечество положило явно не тот вариант, который мог бы обеспечить достаточно продолжительное стабильное развитие человечества. Если предположить, что численность населения планеты в некоторый период времени стабилизируется на отметке 15 млрд. человек и при этом его энергетический бюджет будет лишь в 2 раза превышать современный энергетический бюджет США (20 кВт на одного человека), то окажется, что все разведанные сегодня запасы нефти будут использованы в течение 3 месяцев, а запасы угля — 15 лет.
В настоящее время альтернативным и, возможно, единственным выходом из сложившейся ситуации представляется разработка неисчерпаемых (и к тому же экологически чистых) источников энергии, потенциал которых весьма значителен.
Биосфера загрязняется различными химически инертными органическими веществами, пестицидами, гербицидами, тяжелыми металлами (ртутью, свинцом и др.), радиоактивными веществами и т.д.
Загрязняется нефтью и нефтепродуктами Мировой океан, планктон которого обеспечивает 70% поступающего в атмосферу кислорода.
Масштабы загрязнения столь велики, что естественная способность биосферы к нейтрализации вредных веществ и самоочищению близка к пределу.
Экологический кризис (чрезвычайная экологическая ситуация) — экологическое неблагополучие, характеризующееся устойчивыми отрицательными изменениями окружающей среды и представляющее угрозу для здоровья людей. Это напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, обусловленное несоответствием размеров производственно-хозяйственной деятельности человека ресурсно-экологическим возможностям биосферы. Экологический кризис характеризуется не столько усилением воздействия человека на природу, сколько резким увеличением влияния измененной людьми природы на общественное развитие.
Экологическая катастрофа (экологическое бедствие) — экологическое неблагополучие, характеризующееся глубокими необратимыми изменениями окружающей среды и существенным ухудшением здоровья населения. Это природная аномалия, нередко возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остронеблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона.
К числу важнейших проблем, затрагивающих существование человечества в целом, относится быстрый прирост и изменение структуры населения Земли, а также вопрос о последствиях и возможности предотвращения термоядерной войны.