§ 34. Современные проблемы охраны природы.

Роль природы в жизни человеческого общества. Для человека, как и для любого другого биологического вида, природа — среда жизни и источник существования. Как биологический вид, человек нуждается в определенном составе и давлении атмосферного воздуха, чистой природной воде с растворенными в ней солями, растениях и животных, земной температуре. Оптимальная для человека окружающая среда — это то естественное состояние природы, которое поддерживается нормально протекающими процессами круговорота веществ и потоков энергии.

Как биологический вид, человек своей жизнедеятельностью влияет на природную среду не больше, чем другие живые организмы. Однако это влияние несравнимо с тем огромным воздействием, которое оказывает человечество на природу благодаря своему труду. Преобразующее влияние человеческого общества на природу неизбежно, оно усиливается по мере развития общества, увеличения числа и массы веществ, вовлекаемых в хозяйственный оборот. Вносимые человеком изменения сейчас приобрели настолько крупные масштабы, что превратились в угрозу нарушения существующего в природе равновесия и препятствие. Для дальнейшего развития производительных сил. Долгое время люди смотрели на природу как на неисчерпаемый источник необходимых для них материальных благ. Однако, сталкиваясь с отрицательными последствиями своего воздействия на природу, они постепенно пришли к убеждению в необходимости ее рационального использования и охраны.

Охрана природы — это система научно обоснованных международных, государственных и общественных мер, направленных на рациональное использование, воспроизводство и охрану природных ресурсов, на защиту природной среды от загрязнения и разрушения в интересах существующих и будущих поколений людей.

Основная цель охраны природы состоит в поддержке динамического равновесия естественных природных процессов, сохранении биологического разнообразия растений, животных, микроорганизмов, обеспечивающих благоприятные условия для жизни настоящих и последующих поколений людей, развития производства, науки и культуры всех народов, населяющих нашу планету. Прогрессивное устойчивое развитие человеческого общества невозможно без рационального природопользования, которым называют совокупность всех форм эксплуатации природных ресурсов и действенных мер по их сохранению и восстановлению.

Исчерпаемые и неисчерпаемые природные ресурсы. Естественно, что в связи с разными историческими этапами развития человеческого общества меняются и проблемы использования природных ресурсов и охраны природы. Человек — относительно молодой житель Земли, он включился в ее экологические системы около 3,5 млн лет назад. Тогда воздействие людей на окружающую среду было незначительным из-за небольшой их численности. Около 1,5 млн лет назад численность людей не превышала 500 тыс. особей. Люди кочевали небольшими группами, собирая съедобные растения, охотясь на животных, вылавливая рыбу. Следы их воздействия быстро сглаживались природой, как только собиратели, охотники и рыболовы покидали места своих стоянок. Первым был приручен волк, помогавший людям охотиться на животных, позже произошло одомашнивание крупного рогатого скота, потом лошадей. Примерно 10—12 тыс. лет назад в благоприятных условиях люди перешли к оседлому образу жизни и стали заниматься земледелием. Начальная фаза преобразования окружающей природной среды связана с развитием животноводства и земледелия. Нарастание преобразующей деятельности человеческого общества, связанное с развитием промышленности, продолжается и в настоящее время. Так, в первой половине XX в. особое беспокойство вызывало очень быстрое истощение природных ресурсов и возможная гибель человечества из-за полного исчерпания рудных месторождений и нефти. Сейчас на первое место выдвигаются угрожающие загрязнения окружающей среды, нарушение природных биоценозов, вырубка лесов, почвенная эрозия, исчезновение редких видов животных и растений. Природные объекты и явления, которые человек     использует в процессе труда, называются природными ресурсами. К ним относятся атмосферный воздух, вода, почва, полезные ископаемые, солнечная радиация, климат, растительность, животный мир. По степени их истощения они делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые (рис. 108).

Исчерпаемые ресурсы, в свою очередь, подразделяются на возобновимые и невозобновимые. К невозобновимым относят те ресурсы, которые не возрождаются или возобновляются в сотни раз медленнее, чем они расходуются. К ним относятся нефть, каменный уголь, металлические руды и большинство других полезных ископаемых. Запасы этих ресурсов ограничены, охрана их сводится к бережному расходованию.

Возобновимые природные ресурсы — почва, растительность, животный мир, а также такие минеральные соли, как глауберова и поваренная, осаждающиеся в озерах и морских лагунах. Эти ресурсы постоянно восстанавливаются, если сохраняются необходимые для этого условия,а скорость использования не превышает темпы естественного возрождения. Восстанавливаются ресурсы с разной скоростью: животные — за несколько лет», леса — 60 — 80 лет, а почвы, потерявшие плодородие, — в течение нескольких тысячелетий. Превышение темпов расходования над скоростью воспроизводства ведет к истощению и полному исчезновению ресурса.

Неисчерпаемые ресурсы включают водные, климатические и космические. Общие запасы воды на планете неисчерпаемы. Основу их составляют соленые воды Мирового океана, но их пока мало используют. В отдельных районах воды морей и океанов загрязняются нефтью, отходам бытовых и промышленных предприятий, выносом с полей удобрений ядохимикатов, что ухудшает условия обитания морских растений и животных. Пресная вода, необходимая для человека, — исчерпаемый природный ресурс. Проблема пресной воды с каждым годом обостряется в связи с обмелением рек и озер, возрастанием расхода воды на орошение и нужды промышленности, загрязнением вод производственными и бытовыми отходами.

Необходимо бережное расходование и строгая охрана водных ресурсов.

Климатические ресурсы — атмосферный воздух и энергия ветра неисчерпаемы, но с развитием промышленности и транспорта воздух стал сильно загрязняться дымом, пьшью, выхлопными газами. В крупных городах и промышленных центрах загрязнение воздуха становится опасным для здоровья людей. Борьба за чистоту атмосферы стала важной природоохранной задачей.

К космическим ресурсам относятся солнечная радиация, энергия морских приливов и отливов. Они неисчерпаемы. Однако в городах и промышленных центрах солнечная радиация сильно уменьшается из-за задымленности и запыленности воздуха. Это отрицательно сказывается на здоровье людей.

Принципы и правила охраны природы. Хозяйственная деятельность вызывает в природе многочисленные изменения, последствия которых необходимо уметь прогнозировать. В процессе длительного использования природных ресурсов были разработаны общие принципы и правила рационального использования и охраны природы.

Первый принцип сводится к тому, что все явления природы имеют для человека множественное значение и должны оцениваться с разных точек зрения. К каждому явлению необходимо подходить с учетом интересов разных отраслей производства и сохранения восстановительной силы самой природы.

Так, лес рассматривается прежде всего как источник древесины и химического сырья, однако леса имеют водорегулирующее, почвозащитное, климатообразующее значение. Лес важен как место отдыха людей. В этих случаях промышленное значение леса отодвигается на второй план.

Река не может служить только транспортной магистралью или местом для сооружения гидроэлектростанций. Нельзя использовать реку как место для стока отработанных промышленных вод. Реки доставляют в моря биогенные вещества, необходимые для живых организмов. Поэтому использовать реку только в интересах одной отрасли, как это часто бывает, нерационально. Необходимо комплексное ее использование в интересах различных отраслей производства, здравоохранения, туризма с учетом сохранения чистоты водоема и восстановления в нем запасов воды.

Второй принцип заключается в необходимости строгого учета местных условий при использовании и охране природного ресурса. Его называют правиломрегионалъности. Особенно это касается использования водных и лесных богатств.

На Земле много мест, где сейчас ощущается дефицит пресной воды. Избыток воды в других местах не улучшает затруднительного положения с водой в засушливых районах.

Там, где лесов много и они неосвоены, допустимы интенсивные рубки, а в лесостепных районах, в центральных промышленно развитых и густо населенных областях России, где лесов мало, лесные ресурсы надо расходовать очень бережно, с постоянной заботой об их возобновлении.

Правило регионалъности действует и в отношении животного мира. Один и тот же вид промыслового животного в одних районах нуждается в строгой охране, в других, при высокой численности, возможен интенсивный его промысел.

Нет ничего более губительного, чем интенсивное расходование ресурса там, где он в недостатке, на основании того, что в других местах этот ресурс находится в избытке. Согласно правилу регионалъности обращение с одним и тем же природным ресурсом в разных районах должно быть различным и зависеть от того, как этот ресурс в данной местности представлен в настоящее время.

Третий принцип, вытекающий из взаимной связи предметов и явлений в природе, состоит в том, что охрана одного объекта означает одновременно охрану и других объектов, тесно с ним связанных.

Охрана водоема от загрязнения — это одновременная охрана рыб, обитающих в нем. Сохранение с помощью лесной растительности нормального гидрологического режима местности — это и предупреждение эрозии почвы. Охрана насекомоядных птиц и рыжих лесных муравьев — это одновременная охрана леса от вредителей.

Часто в природе складываются отношения противоположного характера, когда охрана одного объекта приносит вред другому. Например, охрана лося местами приводит к его перенаселению, а это наносит ощутимый ущер'б лесу из-за повреждения подроста. Значительный вред растительности некоторых национальных парков Африки приносят слоны, в избытке населяющие эти территории. Поэтому охрана каждого природного объекта должна быть соотнесена с охраной других.

Следовательно, охрана природы должна быть комплексной. Охраняться должна не сумма отдельных природных ресурсов, а природный комплекс (экосистема), включающий различные компоненты, соединенные естественными связями, сложившимися в процессе длительного исторического развития.

Охрана и использование природы — это на первый взгляд два противоположно направленных действия человека. Однако антагонистического противоречия между этими действиями нет. Это две стороны одного и того же явления — отношения человека к природе. Поэтому вопрос который иногда задают, — охранять природу или использовать ее    не имеет смысла. Природу надо использовать и охранять. Без этого невозможен прогресс человеческого общества. Природу необходимо охранять в процессе ее рационального использования. Важно разумное соотношение ее использования и охраны, что определяется количеством и распределением ресурсов, экономическими условиями страны, региона, социальными традициями и культурой населения. Основной принцип охраны природы — охрана в процессе ее использования.

Правовые основы охраны природы. Правовой основой охраны природы являются Конституция РФ, международные договоры, законы об охране природы и основных компонентов окружающей природной среды, постановления законодательных учреждений разного уровня. Высшую юридическую силу, прямое действие и применение на всей территории России имеет Конституция РФ. Ею закреплено право человека на благоприятную окружающую среду. Естественно, чтобы действенно пользоваться им, необходимо использовать право на достоверную информацию о состоянии окружающей среды (статья 42). Правила и принципы охраны природы выполняются людьми тогда, когда они имеют законодательный характер. В настоящее время действует Закон Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» (19 декабря 1991 г.). Основой его является признание природы и ее богатств «национальным достоянием народов России, естественной основой их социально-экономического развития и благосостояния человека».

В соответствии с законом 1991 г. оценка состояния окружающей природной среды, в том числе и в чрезвычайных экологических ситуациях, должна оцениваться как с позиций здоровья населения, так и состояния естественных экологических систем, генетических фондов растений и животных.

Основными задачами природоохранительного законодательства Российской Федерации являются «регулирование отношений в сфере взаимодействия общества и природы с целью сохранения природных богатств и естественной среды обитания человека, предотвращение экологически вредного воздействия хозяйственной и иной деятельности, оздоровление и улучшение качества окружающей природной среды, укрепление законности и правопорядка в интересах настоящих и будущих поколений людей».

В законе сформулированы экологические требования, предъявляемые ко всем хозяйственным структурам. Эти требования адресованы предприятиям, организациям, учреждениям, независимо от форм собственности и подчиненности, и отдельным гражданам.

«В соответствии с законодательством РФ международные договоры имеют преимущественную силу по сравнению с внутренними государственными законами. Однако, чтобы международный договор имел юридическую силу в России, он не только должен быть подписан уполномоченными лицами, но и ратифицирован (одобрен) Федеральным Собранием РФ.

Однако нормы закона не действуют автоматически, они выполняются и проверяются государственными органами управления и контроля, прокуратурой и судом, арбитражным судом, общественными организациями и объединениями. Закон должен создавать нравственную основу для поведения граждан.   

Примеры и дополнительная информация 1 . На территории России расположено более 24 тыс. предприятий, выбрасывающих вредные вещества в атмосферу и водоемы. Эти вещества не улавливаются и не обезвреживаются в технологических процессах. Около 33% выбросов дают предприятия металлургической, 29% — энергетической, 7% — химической и 8% — угольной промышленности. Более половины всех выбросов в атмосферу осуществляется транспортом. Особенно тяжелая обстановка складывается в городах с высокой концентрацией населения. В России выделено 55 городов, где загрязнение окружающей среды достигает очень высокого уровня.

2.    Качество воды основных крупных рек России оценивается как неудовлетворительное. Из-за отсутствия очистных сооружений и их неудовлетворительной работы, технической отсталости, малой мощности 82% сточных вод, сбрасываемых предприятиями в реки, не подвергается очистке.

3.    За последние 50 лет из сельскохозяйственного оборота России вышло свыше 1 млн га пахотных земель. Более 1/4 сельскохозяйственных земель подвержены эрозии. Опасный размах приобрели процессы заболачивания почв, зарастания их кустарником и мелколесьем. Много земель нарушено при разработке полезных ископаемых, строительных, дорожных и иных работах. Нуждаются в рекультивации около 1,2 млн га земель. Большой урон землям России нанесен ядерными испытаниями. На полигонах Новой Земли (на 1992 г.) произведено 118 поверхностных и подземных ядерных взрывов, последствия их неизвестны. В результате Чернобыльской аварии радиоактивными веществами загрязнены Брянская, Тульская, Орловская, Калужская и Рязанская области. Растет загрязнение земель свалками твердых отходов, газовыми выбросами, кислотными дождями, пестицидами и минеральными удобрениями.

4.    Велики потери невозобновимых природных ресурсов. При добыче полезных ископаемых теряется около трети железной руды, 7,6% медной руды; извлечение нефти из нефтеносных пластов не превышает 30%. Ежегодно в Российской Федерации образуется 45 млрд т отходов добывающей промышленности, из них 20 млн т относится к числу неутилизированных токсических веществ. Они частично складируются на территориях предприятий, бесконтрольно сбрасываются в канализацию, в балки и овраги, на свалки твердых бытовых отходов.

5.    Основные принципы охраны окружающей природной среды (статья 3, раздел 1 Закона Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды»). В хозяйственной, управленческой и иной деятельности, оказывающей отрицательное воздействие на состояние окружающей природной среды, государственные органы, предприятия, учреждения, организации, граждане Российской Федерации, иностранные юридические лица и граждане обязаны руководствоваться следующими основными принципами:  — приоритетом охраны жизни и здоровья человека, создания благоприятных экологических условий для жизни, труда и отдыха населения;      научно обоснованным сочетанием экологических и экономических интересов общества, обеспечивающих реальные гарантии прав человека на здоровую и благоприятную для жизни окружающую природную среду;  —    рациональным использованием природных ресурсов с учетом законов природы, возможностей окружающей природной среды, необходимости воспроизводства природных ресурсов, предотвращения необратимых последствий для окружающей природной среды и здоровья человека;  —    соблюдением требований природоохранительного законодательства, неотвратимостью наступления ответственности за их нарушение;

6. В Российской Федерации действуют следующие законодательные акты, регулирующие использование и охрану отдельных природных ресурсов.  Земельный кодекс (23 мая 1991 г.) регулирует порядок изъятия земельных участков в пользование, собственность, аренду для государственных и общественных нужд. Он обеспечивает сохранение наиболее ценных природных объектов, особо охраняемых природных территорий (заповедников, заказников, памятников природы идр.)

Лесной кодекс (27 января 1997 г.) устанавливает правовые основы рационального использования, охраны и воспроизводства лесов. Федеральный закон «О животном мире» (1995 г.) регулирует отношения в области использования и охраны животного мира, сохранения и восстановления среды его обитания в целях обеспечения биологического разнообразия и устойчивого использования всех его компонентов, сохранения генетического фонда диких животных и иной защиты животного мира как неотъемлемого элемента природной среды.

Водный кодекс (18 октября 1995 г.) регулирует использование и охрану водных ресурсов, устанавливает государственную собственность на большинство водных объектов, определяет порядок уста- новлениялюдоохранных зон, режим использования их территорий, проведение государственной экспертизы проектных документов на строительство и реконструкцию хозяйственных и других объектов, влияющих на состояние водных объектов, государственный мониторинг водных объектов и охрану их от загрязнений.  Вопросы.  1. Что значит «охранять природу» на современном этапе развития человеческого общества?  2. В чем принципиальные отличия в стратегии использования возобновимых и невозобновимых природных ресурсов?  3. Какие научные закономерности учтены в Законе РФ «Об охране окружающей природной среды»?  4. Какое значение имеет природа в жизни человека и человеческого общества?   5. Чем отличается воздействие человека на природу от воздействия на нее животных?  6. Что положено в основу классификации природных ресурсов?  Задание.  Рассмотрите карту своего района. Где и какие меры охраны природы должны применяться в вашем районе в первую очередь?  Темы для дискуссий.  1. Люди давно знают, что разрушать природу невыгодно. Зачем они это делают?  2. Можно ли считать, что в ближайшем будущем с окружающей средой все будет в порядке, если принят Закон Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды»?  3. О чем бы вы написали в сочинении на тему «Природа и здоровье человека»?  4. Почему проблемы охраны природы обсуждаются на международном уровне? 

    § 3 5 . Современное состояние и охрана атмосферы ВСПОМНИТЕ     Литосфера     Гидросфера Биосфера     Атмосфера Изменение состава и загрязнение атмосферы. Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует земная атмосфера— газовая оболочка, защищающая живые организмы от  вредного воздействия космических излучений   и резких колебаний температуры. Атмосферным воздухом дышат все аэробные организмы. Когда хотят подчеркнуть важное значение чего-либо, говорят: «необходим как ваздух». Если без пищи человек может прожить несколько недель, без воды — несколько суток, то смерть от удушья наступает через 4—5 мин.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли имеет слоистое строение (рис. 109). Масса воздуха в атмосфере 5,15 х 1015. До высоты 16—18 км над экватором и 8—10 км над полюсами воздух наиболее плотный: 0,001 г/см² на уровне моря. Этот слой, в котором находится 4/5 всей массы воздуха, называется тропосферой. Нижняя часть тропосферы входит в состав биосферы, в ней существуют живые организмы. Даже современные самолеты не поднимаются выше тропосферы. Состояние тропосферы определяет погоду. При удалении от поверхности Земли в тропосфере происходит понижение температуры на 6° на каждый километр. На высоте 18—20 км плавное понижение температуры прекращается, и здесь она остается почти постоянной 60—70 С. Этот небольшой слой называется тропопаузой. Следующий слой — стратосфера — занимает высоту 20—50 км от земной поверхности. В ней сосредоточена остальная часть воздуха. Температура в стратосфере повышается при удалении от Земли на 1—2 на каждый километр, и в стратопаузе, на высоте 50— 55 км, доходит до нуля. Далее на высоте 55—80 км располагается слой мезосферы. При удалении от Земли температура в нем понижается на  2—3 °С на каждый километр и на высоте 80 км, в мезопаузе, достигает 75—90 °С. Слои термосферы и экзосферы (наружная сфера), занимающие высоты соответственно 80—1000 км и 1000—2000 км, представляют собой наиболее разреженные части атмосферы. Здесь встречаются лишь отдельные молекулы, атомы и ионы газов, плотность которых в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли. Следы газов обнаружены до высоты 10—20 тыс. км от поверхности Земли.

Наибольшее значение для всех живых организмов имеет относительно постоянный состав атмосферного воздуха. В нем содержится азота (N2) 78,3%, кислорода (02) — 20,95%, диоксида углерода (С02) — 0,03%, аргона (Аг) — 0,93% от объема сухого воздуха, небольшое количество других инертных газов. Пары воды составляют 3—4% от всего объема воздуха.

Состав воздуха поддерживается за счет постоянно идущих процессов: использования газов живыми организмами и выделения их в атмосферу.

В последние годы происходит некоторое изменение баланса азота в атмосфере за счет хозяйственной деятельности людей. Возросла фиксация азота, включение атмосферного азота в сложные химические соединения при производстве азотных удобрений. Уменьшается поступление его в атмосферу из-за нарушения почвообразовательных процессов на больших территориях, например в Западной Сибири.

Однако из-за огромного количества азота в атмосфере проблема его баланса не так серьезна, как баланс кислорода и углекислого газа. Известно, что около 3,5—4 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере было в тысячу раз меньше, чем сейчас, так как не было основных продуцентов кислорода — зеленых растений. 

Рис. 110. Схема круговорота кислорода в природе

Жизнедеятельность живых организмов поддерживается современным соотношением в атмосфере кислорода и углекислого газа. Естественные процессы потребления углекислого газа и кислорода и их поступление в атмосферу сбалансированы (рис. 84, 110).

С развитием промышленности и транспорта кислород стали использовать на процессы горения. Так, на сжигание разных видов топлива сейчас требуется от 10 до 25% кислорода, производимого зелеными растениями. Уменьшается поступление кислорода в атмосферу из-за сокращения площадей лесов, саванн, степей и увеличения пустынных территорий. Сокращается число продуцентов кислорода и в водных экосистемах из-за загрязнения рек, озер, морей и океанов. Ученые полагают, что в ближайшие 150—180 лет количество кислорода в атмосфере может сократиться на 1/3 по сравнению с современным его содержанием.

Увеличение потребления кислорода происходит одновременно с увеличением выделения в атмосферу диоксида углерода. За последние 100 лет количество углекислого газа в атмосфере увеличилось на 10   15% 9ак 2200 г. может возрасти до 25 %, т. е. с 0,0324% сейчас до 0,04% ~ концу столетия. Некоторое увеличение С0² в атмосфере положительно сказывается на продуктивности растений. Например, насыщение углекислым газом воздуха теплиц повышает урожайность овощей за счет интенсификации процессов фотосинтеза. Однако общее увеличение содержания СО в атмосфере приводит к сложным глобальным явлениям. Углекислый газ2свободно пропускает коротковолновое солнечное излучение, но задерживает тепловые лучи, идущие от нагретой земной поверхности. Это явление получило название парникового эффекта. Считается, что за счет парникового эффекта средняя температура Земли в начале XXI века повысится на 1—1,5 С. Дополнительный нагрев нижних слоев атмосферы дает сжигание топлива. Это особенно заметно в крупных городах, где температура в центре на 2—4 °С выше среднегодовой для данного района. Повышение среднегодовой температуры нижних слоев атмосферы Земли может вызвать таяние ледников Антарктиды и Гренландии, что приведет к повышению уровня Мирового океана, затоплению низменных участков материков, усилению тектонических процессов, изменению климата.

Противоположный эффект дает запыление и задымление атмосферы. Механические частицы отражают солнечные лучи, увеличивают отражательную способность (альбедо) Земли, уменьшают ее нагревание. Преобладание этих процессов может привести к увеличению леднико вых шапок на полюсах, резкому похолоданию и наступлению ледникового периода.

Рис. 111.

Загрязнение атмосферы при извержении вулкана

    Рис. 112. Загрязнение воздуха городов автомобильным транспортом и промышленными предприятиями

В настоящее время проводятся исследования теплового баланса Земли, чтобы найти пути управления им.

Загрязнение атмосферы может быть естественным и искусственным (или антропогенным). Естественное загрязнение происходит при извержении вулканов (рис. 111), выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, выносе в атмосферу кристалликов солей. В норме природные источники не вызывают существенных загрязнений.

Источниками искусственного загрязнения служат промышленные, транспортные и бытовые выбросы. Основные поставщики загрязнений — промышленные предприятия. Они выделяют в атмосферу несгоревшие частицы топлива, пыль, сажу, золу. В индустриальных районах выпадает свыше 1 т пылевых частиц на 1 км² в сутки. Мощными поставщиками тончайшей пыли в атмосферу служат цементные заводы (рис. 112).

Главный химический загрязнитель атмосферы — сернистый газ (802), выделяющийся при сжигании каменного угля, сланцев, нефти* при выплавке железа, меди, производстве серной кислоты и др. Сернистый газ служит причиной выпадения кислотных дождей.

При высокой концентрации сернистого газа, пыли, дыма во влаж- ную тихую погоду в промышленных районах возникает белый, или влажный, смог — ядовитый туман, резко ухудшающий условия жизни людей. В Лондоне во время такого смога из-за обострения легочных и сердечных заболеваний с 5 по 9 декабря 1952 г. умерло на 4000 человек больше, чем обычно.

Под воздействием интенсивного солнечного излучения химические вещества, выбрасываемые в атмосферу промышленными предприятиями и транспортом, могут вступать в реакции друг с другом, образуя высокотоксичные соединения. Такой вид смога получил название фотохимического.

В больших городах и густонаселенных районах первенство в загрязнении атмосферы переходит от промышленности к автомобильному транспорту. С выхлопными газами в атмосферу поступают угарный газ, оксиды азота, углеводороды (в том числе обладающие канцерогенными свойствами). В некоторые сорта бензина в качестве антидетонатора добавляют тетраэтилсвинец, при этом в атмосферу с выхлопными газами поступают мелкие частички свинцовой пыли. Наибольшее количество загрязнений поступает от автомобилей с плохо отлаженными двигателями и работающими на холостом ходу.

Самое опасное загрязнение атмосферы и всей окружающей среды — радиоактивное. Оно представляет угрозу для здоровья и жизни людей, животных и растений не только ныне живущих поколений, но и их потомков из-за появления многочисленных мутационных уродств. Последствия такого мутагенного влияния на растения, животных и человека изучены еще плохо и труднопредсказуемы. В районах умеренного радиоактивного загрязнения увеличивается число людей, заболевших лейкозами.

Источниками радиоактивного загрязнения служат экспериментальные взрывы атомных и водородных бомб. Радиоактивные вещества выделяются в атмосферу при изготовлении ядерного оружия, атомными реакторами электростанций, при дезактивации радиоактивных отходов и др.

Сейчас стало понятно, что не существует такой малой дозы ионизирующего излучения, которая была бы безопасна.

Серьезные отрицательные последствия для человека и других живых организмов влечет за собой загрязнение воздуха хлорфторметанами или фреонами (СРС1₃, СР₂С1₂). Их используют в холодильных уста- новках, в производстве полупроводников и аэрозольных баллончиков. Утечка фреонов приводит к появлению их у тонкого озонового слоя стратосфере, расположенного на высоте 20—50 км. Толщина этого оЛоя очень небольшая: 2 мм на экваторе и 4 мм у полюсов при нормальных условиях. Максимальная концентрация озона здесь 8 частей на миллион частей других газов.  Озоновый экран поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение с длиной волны 290 нм и менее, поэтому Д° поверхности Земли доходят ультрафиолетовые лучи, полезные для человека и других высших животных и губительные для микроорганизмов. При разложении фреонов под действием ультрафиолетовых лучей выделяются хлор и фтор, которые взаимодействуют с озоном. Есть опасность, что слой озонового экрана резко уменьшится, и это приведет к росту числа заболеваний раком кожи из-за проникновения на землю жесткого ультрафиолетового излучения. Утончение озонового экрана, появление озонвых дыр отмечено над территориями Антарктиды, Австралии, Южной Америки, некоторых районов Евразии.

 Меры по охране атмосферы. Длительное время локальные загрязнения атмосферы сравнительно быстро разбавлялись массами чистого воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались воздушными потоками и выпадали на землю с дождем и снегом, нейтрализовались, вступая в реакции с природными соединениями.

Сейчас объемы и скорость выбросов превосходят возможности природы к их разбавлению и нейтрализации. Поэтому необходимы специальные меры для устранения опасного загрязнения атмосферы.

Основные усилия сейчас направлены на предупреждение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. На предприятиях устанавливают пылеулавливающее и газоочистное оборудование. Таким образом задерживается около 3/4 всех выбросов. В настоящее время продолжается поиск более совершенных способов их очистки.

Другое важное направление — это создание и внедрение безотходных технологий, строительство таких промышленных комплексов, в которых используются все исходное сырье и любые отходы предприятий. Безотходные технологии ценны сходством с процессами, происходящими в биосфере, где отходов не существует, так как все биологические выделения утилизируются различными звеньями экосистем. Примерами таких технологических процессов могут служить замкнутые циклы воздуха и воды, при которых полностью исключаются выбросы отходов в окружающую среду.

Благодаря современным исследованиям разработаны и внедряются в практику приемы, снижающие и предотвращающие загрязнение от выхлопных газов автомобилей.

   Частично загрязнения снижают, устанавливая в двигателях автомобилей фильтры и дожигающие устройства, исключая содержащие свинец добавки, организуя четкое движение транспорта на улицах, без частой смены режимов работы двигателей. Кардинальное решение проблемы загрязнений атмосферы автотранспортом замена двигателей внутреннего сгорания иными. Созданы образцы газотурбинных, роторных, солнечных и иных двигателей. Наиболее перспективные средства передвижения — электромобили.  Современные их модели еще несовершенны: у них сравнительно небольшая скорость и короткий пробег без подзарядки, что не позволяет им конкурировать с современными автомобилями. Для уменьшения содержания токсических веществ в выхлопных газах автомобилей в некоторых странах переходят на другие виды топлива вместо бензина, например метан, спирт.

Важное значение в борьбе с загрязнениями атмосферы имеет озеленение городов и промышленных центров. Растения обогащают воздух кислородом. На деревьях и кустах оседает до 72% частиц пыли и до 60% диоксида серы. Поэтому в городских парках, скверах, садах пыли в десятки раз меньше, чем на открытых улицах и площадях.

Многие виды деревьев и кустарников выделяют фитонциды — биологически активные вещества, убивающие бактерии. Зеленые растения регулируют микроклимат города, поглощают и снижают городской шум.  Примеры и дополнительная информация 1. Толщина воздушной оболочки Земли сравнительно невелика при сопоставлении с космическими расстояниями. Она составляет 1/4 часть радиуса Земли и 1/10 000 часть расстояния от Земли до Солнца. Плотность атмосферы на уровне моря 0,001 г/см³, в тысячу раз меньше плотности воды.

2. В атмосферу Земли в результате человеческой деятельности ежегодно выбрасывается 156 млн т сернистого газа, 60 млн т оксидов азота. Там, где много промышленных предприятий, воздух загрязняется сильнее. Например, в Токио ежемесячно на каждый квадратный километр городской территории выпадает 34 т сажи, в Нью-Йорке— 17т. В Магнитогорске в 1990г. в мартеновских печах выплавлялось 16 млн т стали в год, а объем загрязнений, выбрасываемых в атмосферу, составлял 870 тыс. т в год, или по 20 т в год надушу населения. Только половина выбросов проходила через фильтры, которые улавливали лишь 1/3 ядовитых веществ.

3.    С развитием промышленности и транспорта кислород во все больших количествах используется на горение. Например, легковой автомобиль за 1,5 тыс. км пробега расходует суточную норму кислорода одного человека (в среднем человек в сутки потребляет 500 л 0₂, пропуская через легкие 12 т воздуха). За один трансатлантический рейс современный реактивный самолет использует 35 т кислорода.

4.    Одной из тяжелейших по своим последствиям была катастрофа на хранилище радиоактивных отходов в г. Челябинске-65 в 1957 г. Эта катастрофа приближалась постепенно. В 1949—1951 гг. предприятие «Маяк» по наработке стратегического плутония ²³⁹Ри), используемого в атомных термоядерных бомбах и атомных реакторах, сбрасывало отходы в реку. В 1951 г. их следы были обнаружены в Ледовитом океане. Затем отходы стали сливать в бессточное озеро Карачай на территории предприятия. К 1957 г. это озеро излучало около 120 млн кюри, что в 24 раза больше, чем весь Чернобыль после аварии. Взрыв произошел 29 сентября 1957 г. нахранилище высокоактивных отходов и захватил все озеро. Радиоактивными веществами было загрязнено 23 тыс. км² земли. Через 10 лет, в 1967 г., с обнажившихся после засухи берегов озера Кара- чай радиоактивные вещества вновь были разнесены ветром на площадь 2700 км². Авария на предприятии «Маяк» произошла из-за незнания, неопытности, халатности сотрудников, а также чрезмерной секретности. Засекречены были все работы на предприятии, причины и последствия аварии, и до взрыва на Чернобыльской АЭС был секретным даже диагноз «лучевая болезнь». 

5. Самой страшной в истории человечества была авария на 4-м блоке Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г. Произошло разрушение расплавление, испарение и вынос в атмосферу ядерного топлива. Всего испарилось и попало в атмосферу около 50 т ядерного топлива (масса радиоактивных веществ бомбы, сброшенной на Хиросиму, составляла 4,5 т). Радиоактивные вещества поднялись на высоту до 11 км, загрязнение охватило территорию Украины, Белоруссии и центральные области России. Вопросы.  1. Какую роль в загрязнении воздуха в городах играет автотранспорт?  2. Что такое смог и как он образуется?  3. В чем заключается защитная роль земной атмосферы? Какое влияние оказывает загрязнение атмосферы на здоровье людей, животных, на растительность, погоду и климат?  4. Почему естественное загрязнение атмосферы не нарушает происходящих в ней процессов? В чем опасность загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий?  5. Чем опасно разрушение озонового экрана?  6. Поясните, в чем преимущества использования замкнутых производственных циклов перед строительством очистных сооружений. Темы для дискуссий.  1. Можно ли сохранить озоновый экран в современных условиях? Каким образом?  2. Стоит ли развивать атомную энергетику, если она так опасна?  3. В чем преимущества и недостатки тепловых электростанций и гидроэлектростанций?  4. Обсудите все возможные последствия термоядерной войны.

 § 36. Рациональное использование и охрана водных ресурсов  ВСПОМНИТЕ Отличия пресной  и соленой воды  Распространение  морей и океанов  на Земле  Где находятся  районы  с большими запасами пресной воды  Размещение засушливых районов  Причины дефицита пресной воды. Вода — самое распространенное на Земле вещество. Водная оболочка, гидросфера, содержит 1,4 млрд км³воды, из них воды суши составяют только 90 млн км³.

Моря и океаны занимают 71 % поверхности земного шара, поэтому существует представление о неисчерпаемости водных запасов. Однако соленые воды морей и океанов используются людьми очень мало, а получение пресной воды за счет атмосферных осадков и ледников локально и ограничено.

В последнее время возник острый дефицит пресной воды, хотя оо- щее ее количество огромно. Больше всего пресной воды расходуют на орошение. При этом получают высокие устойчивые урожаи, поэтому расход воды на орошение будет увеличиваться. По прогнозам, использо вание воды на орошение к 2000 г. достигнет 37% всех ресурсов пресных вод, или около 7000 км³ в год (рис. 116).     Рис. 115. Пресноводное озеро Потребление воды увеличивается с ростом народонаселения и все возрастающей его концентрацией в городах и промышленных центрах. Уже сейчас около трети населения Земли испытывает недостаток в чистой пресной воде. Это касается почти всех крупных городов.

Недостаток воды стал особенно ощутим в связи с увеличением ее рас ходования на нужды промышленности. Так, для выплавки 1 т чугуца и перевода его в сталь и прокат требуется 300 м³ воды, 1 т никеля 4000 м³, 1 т синтетического каучука — 3600 м³, 1 т капрона — 5600 м*  Все в больших количествах вода идет на разбавление отходов к 2000 г. на эти цели будет расходоваться более 34% общегодовой потребности человечества в пресной воде.  Возросший дефицит пресной воды связан с загрязнением водоемов промышленными и бытовыми стоками. Особенно сильно загрязняют поверхностные воды отходы целлюлозно-бумажных, химических, металлургических, нефтеперерабатывающих предприятий, текстильных фабрик и сельского хозяйства.  К наиболее распространенным загрязнителям относятся нефть и нефтепродукты. Они покрывают поверхность воды тонкой пленкой толщиной 10~4 см2, препятствуют нормальному газо- и влагообмену между водой и воздухом. Это вызывает гибель водных и околоводных организмов. Если пятно небольшое (до десятка квадратных метров), то оно исчезает с поверхности воды в течение 24 часов, образуя эмульсии. Тяжелые фракции нефти оседают на дно (рис. 117).

   Сильно загрязняют водоемы поверхностно-активные вещества (...АВ), в том числе синтетические моющие средства (СМС), широко Применяемые в быту и промышленности. Присутствие СМС в воде придает ей неприятный вкус и запах. В загрязненных реках с быстрым течением образуется пена. Концентрация СМС в воде в 1 мг/л вызывает гибель микроскопических планктонных организмов, 3 мг/л    гибель дафний и циклопов, 5 мг/л — заморы рыбы. СМС замедляют естественное самоочищение водоемов, действуя угнетающе на многие биохимические процессы.

Важную роль в ухудшении качества пресной воды играет эвтрофи- кация водоемов (от греч. «эутрофис» — хорошее питание). Снос биогенных веществ в водоемы в естественных условиях происходит очень медленно — в течение тысячелетий. Человек вносит на поля удобрения, и во время дождей, паводков они сносятся в водоемы. Быстрое накопление органических веществ, азотных и фосфорных удобрений в водоемах приводит к обильному размножению плавающих синезеленых водорослей. Вода мутнеет, в ней начинается разложение органических веществ, ухудшается снабжение воды кислородом, гибнут ракообразные и рыбы, вода приобретает неприятный вкус.     Опасными загрязнителями водоемов служат соли тяжелых металлов — свинца, железа, меди, ртути. Их поступление связано с промышленными предприятиями, расположенными на берегах водоемов. Иногда концентрация ионов этих металлов в теле рыб в десятки и сотни раз превышает исходную их концентрацию в водоеме (рис. 118).

Одна из важнейших причин уменьшения запасов пресных вод связана с сокращением водоносности рек. Она вызвана вырубкой лесов, распашкой пойм и осушением болот. За счет этого резко увеличивается поверхностный сток и понижается уровень грунтовых вод. Быстрое таяние снега весной, выпадение обильных дождей в этих условиях вызывает катастрофические половодья (рис. 119), а летом реки мелеют и иногда пересыхают полностью.

Основные меры по охране водных ресурсов. Важнейшая мера по охране водных ресурсов — бережное их расходование. Сейчас при орошении полей около 25% воды теряется на фильтрацию и испарение. Надежная гидроизоляция дна и стенок каналов позволяет снизить непроизводительный расход воды и препятствует засолению почвы в засушливых районах. При использовании дождевальных установок расходуется в 5—6 раз меньше воды, чем при обычном поливе.    Другой способ экономного расходования воды для полива — подведение воды непосредственно к корневой системе плодовых деревьев при помощи капельниц - это позволяет избежать излишнего испарения и строго дозировать поступление воды к растениям.

Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнений — это создание безотходного производства, когда отходы одной ступени производственного цикла используются как сырье для другой. Однако в настоящее время не существует универсальной бессточной системы, пригодной для различных отраслей народного хозяйства.

Наибольшее распространение получила очистка сточных вод. Современные методы очистки позволяют удалить различные примеси из сточных вод на 95—96%. Часто этого бывает недостаточно, но для дальнейшей очистки воды необходимо строить более дорогие очистные сооружения, что экономически невыгодно. Так как сточные воды многих предприятий сложно, дорого, а иногда невозможно очистить до такой степени, чтобы они стали безвредными для растений, животных и человека, их очищают частично и используют в замкнутых оборотных системах (рис. 120). За последние годы такие системы внедрены на нескольких нефтехимических, металлургических, целлюлозно-бумажных предприятиях.

Очистка сточных вод. В зависимости от степени и характера загрязнения применяют механические, химические и биологические методы очистки сточных вод. Механическими методами удаляют грубые дисперсные примеси с помощью решеток, сит, фильтров, отстойников, нефтеловушек. Этими методами удаляют нерастворимые примеси из бытовых стоков — до 60%, из промышленных — до 95%.

Химическая очистка — это добавление в сточные воды реагентов, способствующих образованию осадков из коллоидных и некоторых истинных растворов.

Биологическая очистка в естественных условиях происходит на специальных полях орошения или полях фильтрации. Здесь создается сеть магистральных и распределительных каналов и карт (площадок) шириной 20 м и длиной 100—150 м, окруженных земляными валами. Карты периодически заполняют сточными водами. Под воздействием солнечного света, воздуха, микроорганизмов они очищаются и просачиваются в грунт. На поверхности карт образуется перегной. Через несколько лет после прекращения слива сточных вод поля фильтрации используют для выращивания трав, кормовых культур или овощей, которые можно употреблять в пищу после термической обработки.

Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях производится в специальных сооружениях — биофильтрах и аэротен-     ках. Биофильтр представляет собой сооружение из кирпича или бетона, внутреннее его помещение заполнено прочным пористым материалом: шлаком, гравием, щебнем, керамзитом. На эти пористые материалы нанесена пленка микроорганизмов (бактерий, простейших и др.), которые в процессе жизнедеятельности поедают и разлагают органические вещества, очищая от них воду. В биофильтр периодически подаются сточные воды и воздух, идущий на процессы окисления. В аэротенках поступающим воздухом в сточных водах перемешивается активный ил, который состоит из сообществ аэробных микроорганизмов — минерализаторов органического вещества. Во вторичных отстойниках происходит отделение бактериальной пленки от чистой воды. В таких биофильтрах и аэротенках устраняется более 90% загрязнений органическими веществами.

Бытовые сточные воды могут содержать патогенные микроорганизмы, поэтому их обеззараживают жидким хлором или хлорной известью.

Работа очистных сооружений и установок на предприятиях контролируется законом об охране окружающей среды.  • Примеры и дополнительная информация  1. Основную часть используемых человеком водных ресурсов составляет речной сток. Полный годовой сток рек на нашей планете —37 тыс. км³. Почти под каждой рекой течет подземная река, и подземный годовой сток составляет 13 тыс. км³. Обеспеченность пресной водой разных стран неодинакова. Наиболее богаты пресной водой Бразилия (5668 км³ в год) и Канада (9740 км³ в год). В нашей стране годовой сток рек составляет 4384 км3   в год. Многие страны испытывают недостаток в пресной воде и импортируют ее. Вода транспортируется на десятки и сотни километров по трубопроводам, перевозится судами, автомашинами и даже самолетами. Привозную воду используют жители Алжира, Голландии, Гонконга, Сингапура. По данным Всемирной организации здравоохранения, примерно 1,2 млрд человек страдают от нехватки чистой питьевой воды.

2. В сельском хозяйстве вода используется в огромных количествах: 70% от всего водопотребления. Для основных сельскохозяйственных культур установлены следующие нормы орошения (в м³ на 1 га): зерновые — 1500—3500, многолетние травы — 2000—8000, хлопчатник — 5000—8000, рис — 8000—15 000.

3. В коммунальном хозяйстве вода используется для бытовых нужд населения, на работу предприятий бытового обслуживания, мытье улиц и поливку зеленых насаждений, на противопожарные меры. Это составляет примерно 15% от расхода воды в промышленности. Считается, что в благоустроенном городе на личные нужды каждый житель расходует 200—300 л воды в сутки. На одного жителя Москвы приходится свыше 400 л воды в сутки, на одного жителя Санкт-Петербурга — более 300 л. В Лондоне каждый житель расходует 170 л воды в сутки, в Париже — 160 л, в Брюсселе — 85 л.

4.    Методы определения степени загрязнения водоемов различны. Это может быть прямое измерение концентрации загрязнителей (например, солей тяжелых металлов). Содержание органических веществ часто выявляют по количеству 0₂, поглощенного определенным объемом воды в единицу времени, при бактериологическом анализе определяют количество бактерий в 1 см  воды при выращивании колоний на питательных средах в лаборатории. Степень загрязнения воды можно также установить по видовому разнообразию водных биоценозов. Около 800 обитателей пресных водоемов очень чувствительны к присутствию в воде органических веществ, они служат индикаторами благополучия в водных экосистемах.

5.    После громкого судебного процесса 1971 г. широко известным кумулятивным (накопительным) заболеванием стала болезнь Минамата. В 1950-х гг. предприятие по переработке руды сбрасывало отходы, содержащие ртуть, в воды залива Минамата (Япония). Бактерии перерабатывали ее в диметилртуть. По цепям питания она попадала и накапливалась в рыбах до 50 мг/кг. Люди, питаясь рыбой, получали сильнейшие отравления, нервно-паралитические заболевания, более 50 человек умерло. С 1955 по 1959 г. здесь каждый третий ребенок рождался с психическими и физическими анамалиями. Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещен; полагают, что на дне залива находится еще около 600 т ртути. Болезнь Минамата вошла во все справочники в качестве примера болезни, вызванной загрязнением окружающей среды и кумуляции ртути по цепям питания.

6.    Примером удачного использования оборотных вод в автохозяйстве служит замкнутая система «Кристалл». В ней использованная для мойки автомашин вода подается на вибрационные фильтры, где очищается от грубых взвесей и песка. Затем она поступает в фильтровальные колонны, заполненные синтетическим материалом сипроном, который поглощает нефтепродукты. Очищенная вода собирается в резервуары и вновь используется для мойки автомашин. Повторное использование доочищенных сточных вод в 20— 25 раз снижает потребление свежей воды и уменьшает сброс сточных вод в водоемы.     • Вопросы.  1. Найдите в справочнике описание физических и химических свойств воды: агрегатные состояния, плотность воды и льда, температура кипения и плавления, удельная теплоемкость, теплота испарения, диэлектрическая проницаемость и др. Как эти свойства обусловливают роль и функции воды в природе и живых организмах?

2. На какие нужды использует человек пресную воду?

3. Какие вещества наиболее опасны при загрязнении водоемов и почему?

4. Как можно определить степень загрязнения реки, озера?

5. Как применяется правило региональности при использовании водных ресурсов? 6. Почему расход воды на орошение считается рациональным и в дальнейшем будет увеличиваться?  Задания.  1. Выясните, как используются поверхностные и подземные воды вашего района и области.  2. Для ликвидации нефтяных разливов в океане предлагают поджигать нефть. Предскажите возможные экологические последствия применения такого способа ликвидации нефтяного загрязнения.  3. Предложите, как можно более рационально использовать водные ресурсы в вашем районе и сохранить их от загрязнений.  Темы для дискуссий.  1. Почему приходится искусственно очищать воду, если водоемы обладают способностью к самоочищению?  2. Если столь велики преимущества в использовании замкнутых и оборотных циклов в промышленности, то почему их недостаточно используют в настоящее время? Подготовьте дискуссию на тему: «Уникальные свойства воды, имеющие значение для жизни, антропогенные воздействия на водоемы и их последствия».