§ 4. Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы

К важнейшим экологическим последствиям глобального за­грязнения атмосферы относятся:

1. глобальное потепление климата («парниковый эффект»);

2. нарушение озонового слоя;

3. выпадение кислотных дождей.

Большинство ученых в мире рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности.

Глобальное потепление климата («парниковый эффект»)

Наблюдаемое в настоящее время изменение климата, ко­торое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры начиная со второй половины прошлого века, боль­шинство ученых связывают с накоплением в атмосфере так на­зываемых «парниковых газов» — диоксида углерода (СО,), ме­тана (СН₄), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (0₃), оксидов азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь СО,, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Зем­ли. По Г. Хефлингу (1990), атмосфера, насыщенная парнико­выми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излу­чения, с другой — почти не пропускает наружу тепло, переиз­лучаемое Землей.

В связи со сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд т условного топлива) концентрация СО, в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фре­онов (хлорфторуглеродов). На 1-1,5% в год увеличивается со­держание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы, выделение крупным рогатым скотом и др.). В меньшей степени растет содержание в атмосфере и оксида азота (на 0,3% ежегодно).

Следствием увеличения концентраций этих газов, создаю­щих «парниковый эффект», является рост средней глобаль­ной температуры воздуха у земной поверхности. За послед­ние 100 лет наиболее теплыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В 1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4 "Свыше, чем в 1950-1980 гг. Расчеты некоторых ученых показывают, что в 2005 г. она повысится на 1,3 °С по сравне­нию с 1950-1980 гг. В докладе, подготовленном под эгидой ООН международной группой по проблемам климатических изменений, утверждается, что к 2100 г. температура на Земле станет выше на 2-4 С°. Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит экологические последствия могут быть катастрофически­ми В первую очередь это связано с предполагаемым повы­шением уровня Мирового океана вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д. Моделируя экологические последствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5-2,0 м к концу XXI в., ученые установили, что это неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагоприятным последствиям.

Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном потеплении климата и положительные экологические последствия (Иронский, 1993; Парниковый эффект..., 1989). Повышение концентрации СО, в атмосфере и связанное с ним увеличение фотосинтеза, а также увеличение увлажнения климата могут, по их мнепению, привести к росту продуктивности как естественных фитоценозов (лесов, лугов, саванн и др.), так и агроценозов (культурных растений, садов, виноградников и др.).

По вопросу о степени влияния парниковых газов на глобальное потепление климата также нет единства во мнениях. I .не. в отчете Межправительственной группы экспертов по проблеме изменения климата (1992) отмечается, что наблюдаемое и последнее столетие потепление климата на 0,3-0,6 "С могло быть обусловлено преимущественно природной изменчивостью ряда климатических факторов.

В связи с этими данными академик К. Я. Кондратьев (1993) считает, что нет никаких оснований для одностороннего увеличения стереотипом «парникового» потепления и выдвижения задачи по сокращению выбросов парниковых газов как централь­ной в проблеме предотвращения нежелательных изменений глобального климата.

По его мнению, важнейшим фактором антропогенного воздействия на глобальный климат является деградация биосфе­ры, а следовательно, в первую очередь необходимо заботиться о сохранении биосферы как основного фактора глобальной экологической безопасности. Человек, используя мощность порядка 10 ТВт, разрушил или сильно нарушил на 60% суши нормальное функционирование естественных сообществ ор­ганизмов (Данилов-Данильян, Горшков и др., 1995). В результате из биогенного круговорота веществ изъята значительная их масса, которая ранее затрачивалась биотой на стабилиза­цию климатических условий. На фоне постоянного сокраще­ния площадей с ненарушенными сообществами деградированная, резко снизившая свою ассимилирующую емкость био­сфера становится важнейшим источником повышенного вы­броса в атмосферу диоксида углерода и других парниковых газов.

На международной конференции в Торонто (Канада) в 1985 г. перед энергетикой всего мира была поставлена задача сократить к 2005 г. на 20% промышленные выбросы углерода в атмосферу. На Конференции ООН в Киото (Япония) в 1997 г. правительствами большинства стран мира подписан Киотский протокол — международное соглашение о контроле за выбро­сами парниковых газов. Цель протокола — создать новый эко­номический механизм снижения выбросов — торговлю квота­ми и проекты совместного осуществления. Торговля квотами заключается в том, что страны, подписавшие протокол, могут перераспределять между собой (например, перепродавать) раз­решенные им в течение определенного срока объемы выбро­сов. К 2012 г. предусматривается снизить выброс основных типов газов, вызывающих парниковый эффект, на 5,2% по срав­нению с уровнем 1990 г.

Протокол уже ратифицирован 124 государствами, а после ратификации его Российской Федерацией (в 2005 г.) автомати­чески вступил в силу. Но очевидно, что ощутимый экологиче­ский эффект может быть получен лишь при сочетании этих мер с глобальным направлением экологической политики — макси­мально возможным сохранением сообществ организмов, -при­родных экосистем и всей биосферы Земли.

Нарушение озонового слоя

Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной кон­центрацией озона на высоте 20-25 км. Насыщенность атмосфе­ры озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г.. когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержа­нием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьше­ние озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние 10 лет концентрация озонового слоя снизилась на 4-6% в зимнее время и на 3% — в летнее.

В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосфе­ры защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в рай­онах с пониженным содержанием озона многочисленны солнеч­ные ожоги, наблюдается рост заболеваемости людей раком кожи п пр. Так, например, по мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (ката­ракта и др.), подавление иммунной системы и т. д.

Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способ­ность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем, и т. д.

Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распы лители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.

По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) являются США — 30,85%, Япония — 12,42; Великобри­тания — 8,62 и Россия — 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн км², Япония — 3 млн км², что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время и США и ряде западных стран построены заводы по произведству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низ­ким потенциалом разрушения озонового слоя.

Согласно протоколу Монреальской конференции (1987 г.), пересмотренному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене (1992 г.), предусматривалось снижение выбросов хлорфто­руглеродов к 1998 г. на 50%. В соответствии с Законом РФ «Об охране окружающей среды» (2002) охрана озонового слоя атмосферы от экологически опасных изменений обеспечива­ется посредством регулирования производства и использо­вания веществ, разрушающих озоновый слой атмосферы, на основе международных договоров Российской Федерации и ее законодательства. В будущем необходимо продолжать ре­шать проблему защиты людей от УФ-радиации, поскольку многие из хлорфторуглеродов могут сохраняться в атмосфе­ре сотни лет.

Ряд ученых продолжают настаивать на естественном про­исхождении «озоновой дыры». Причины ее возникновения одни видят в естественной изменчивости озоносферы, цикли­ческой активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли, т. е. с прорывом глубин­ных газов (водород, метан, азот и др.) через рифтовые разло­мы земной коры.

Кислотные дожди

Одна из важнейших экологических проблем, с которой связывают окисление природной среды, — кислотные дожди. Об­разуются они при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты (рис. 13.3). В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6). В Баварии (ФРГ) в августе 1981 г. выпадали дожди * кислотностью рН = 3,5. Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе рН = 2,3.

Суммарные мировые антропогенные выбросы двух главных загрязнителей воздуха — виновников подкисления атмо ферной влаги — 50, и 1ЧО_г составляют ежегодно более 2\5 млн т (1994 г.). На огромной территории природная среда окисляется, что весьма негативно отражается на состоянии т ох экосистем. Выяснилось, что природные экосистемы под- ксргаются разрушению даже при меньшем уровне загрязне­ния воздуха, чем тот, который опасен для человека. «Озера и реки, лишенные рыбы, гибнущие леса — вот печальные по­следствия индустриализации планеты» (X. Френч, 1992).

Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под дейст­вием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы — свинец, кадмий, алю­миний и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсич­ные соединения усваиваются растениями и другими почвенны­ми организмами, что ведет к весьма негативным последствиям. Например, возрастание в подкисленной воде содержания алю­миния всего лишь до 0,2 мг на один литр летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и ста­новятся менее доступными для усвоения. Алюминий снижает также прирост древесины. Токсичность тяжелых металлов (кад­мия, свинца и др.) проявляется еще в большей степени.

Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских стра­нах страдают от действия сложной смеси загрязняющих ве­ществ, включающей кислотные дожди, озон, токсичные ме­таллы и др. Так, например, гибнут хвойные горные леса в Ба­варии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных ле­сов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость ле­сов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приво­дит к еще более выраженной их деградации как природных эко­систем.

Ярким примером негативного воздействия кислотных осад­ков на природные экосистемы является закысление озер. Осо­бенно интенсивно оно происходит в Канаде, Швеции, Норве­гии и на юге Финляндии (табл. 13.4). Объясняется это тем, что значительная часть выбросов серы в таких промышленно развитых странах, как США, ФРГ и Великобритании, выпа­дают именно на их территории (рис. 13.4). Наиболее уязвимы в этих странах озера, так как коренные породы, слагающие их ложе, обычно представлены гранито-гнейсами и гранитами,

Таблица 13.4

Закнсленне озер в мире (по данным «XX век: последние 10 лет», 1992)

Страна	Состояние озер
Канада	Более 14 тыс. озер сильно закислены; каждому седь­мому озеру на востоке страны нанесен биологический ущерб
Норвегия	В водоемах общей площадью 13 тыс. км2 уничтожена рыба и еще на 20 тыс. км2 - поражена
Швеция	В 14 тыс. озер уничтожены наиболее чувствительные к уровню кислотности виды; 2200 озер практически без­жизненны
Финлян­дия	8% озер не обладают способностью к нейтрализации кислоты. Наиболее закисленные озера в южной части страны
США	В стране около 1 тыс. подкисленных озер и 3 тыс. поч­ти кислотных (данные фонда охраны окружающей сре­ды). Исследования АООС в 1984 г. показали, что 522 озера имеют сильную кислотную среду и 964 находятся на грани этого

не способными нейтрализовать кислотные осадки, в отличие, например, от известняков, которые создают щелочную среду н препятствуют закислению. Сильно закислены и многие озера на севере США.

Закисление озер опасно не только для популяций различ­ных видов рыб (в том числе лососевых, сиговых и др.), но час- ю влечет за собой постепенную гибель планктона, многочис- ненных видов водорослей и других его обитателей. Озера ста­новятся практически безжизненными.

В нашей стране площадь значительного закисления от вы­падения кислотных осадков достигает несколько десятков мил­лионов гектаров. Отмечены и частные случаи закисления озер | Карелия и др.). Повышенная кислотность осадков наблюдает- | я вдоль западной границы (трансграничный перенос серы и других загрязняющих веществ) и на территории ряда крупных промышленных районов, а также фрагментарно на побережье Таймыра и в Якутии.

АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОСФЕРУ

Существование биосферы и человека всегда было основано на использовании воды. Человечество постоянно стремилось к увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу огром­ное многообразное давление.

На нынешнем этапе развития техносферы, когда в мире еще в большей степени возрастает воздействие человека на биосферу, а природные системы в значительной степени утратили свои защитные свойства, очевидно, необходимы новые подхо­ды, «осознание реальностей и тенденций, появившихся в мире в отношении природы в целом и ее составляющих» (Лосев, 1989). В полной мере это относится к осознанию такого страшного зла, каким является в наше время загрязнение и истоще­ние поверхностных и подземных вод.