Воздействие антропогенных факторов на биосферу

"У края Земли" - именно так назвал свою картину средневековый художник, изобразив на ней монаха, который подошел к краю Земли и, стоя на четвереньках, осторожно заглядывает за звездный занавес. Человечество в целом подошло на опасно близкое расстояние к "краю Земли".

Многие тысячелетия человек был мал, а Земля - безмерно велика. Человек осваивал пространства, покорял природу. Нередко результат этих покорений был трагическим. Там, где производственные комплексы создавались без учета границ устойчивости природных систем, наступала экологическая катастрофа.

Казалось бы, эти уроки истории не имеют прямого отношения к современности. Стремительный технический прогресс последних десятилетий открывал все новые и новые возможности использования природных ресурсов. На каком-то отрезке времени возникло даже представление, что человек начинает побеждать ограниченность внешней среды, становясь творцом условий своего развития. Но неожиданно на вершине величайшей научно-технической революции выявились жесткие границы экстенсивного развития - требование выстраивать производство, не затрагивая исходных условий сохранения жизни на Земле. Осознание этого положения имеет мировоззренческое значение.

Проблема взаимодействия общества с природной средой в последние десятилетия превратилась в одну из основных, строящих перед человечеством. Высокие темпы научно-технического прогресса и экономического развития мирового хозяйства, рост урбанизации сопровождаются усилением воздействия на биосферу. Поэтому ее современная стадия развития существенно отличается от хода естественных природных процессов, сложившихся до возникновения на Земле человеческого общества. Это проявляется прежде всего в резком ускорении и интенсификации кругооборота вещества и энергии, вовлекаемых в сферу жизнедеятельности человека.

Акад.В.И. Вернадский назвал это новое состояние биосферы, преобразованной разумной деятельностью человека, ноосферой, т.е. сферой разума. Он отмечает, что ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Перед ним открываются все более широкие творческие возможности. Природа во взаимоотношении с человеческой деятельностью выполняет две функции - ресурсную (поставляет для деятельности людей исходную вещественно-энергетическую базу - эту функцию называют пассивной) и ассимиляционную (усваивает, перерабатывает продукты и последствия человеческой деятельности, в первую очередь производственной - эту функцию называют активной). Современное техногенное давление столь колоссально, что все полнее и полнее выявляется ограниченность возможностей биосферы воспринимать без серьезных негативных последствий всякого рода отходы современной цивилизации наших дней.

В настоящее время существуют различные точки зрения относительно перспектив взаимодействия человечества и биосферы. Так, например, американские ученые Д. Медоуз и Дж. Форрестер, рассчитав на ЭВМ различные варианты будущего развития общества, пришли к пессимистическому выводу: если человечество и далее будет в своем развитии следовать тем тенденциям, которые наметились в последние десятилетия, то к 2030 г. оно неминуемо окажется на краю гибели из-за катастрофического загрязнения окружающей среды и истощения природных ресурсов. Хотя эти выводы были подвергнуты позднее аргументированной критике, тревога специалистов за судьбы биосферы и общества представляется вполне обоснованной.

Условия оптимизации параметров системы "общество - природа" вызывают необходимость пересмотра характера производственной деятельности человека, поскольку до недавнего времени она была направлена в основном на создание материальных благ, а компенсация отрицательных последствий для природы осуществлялась самой природой и поэтому не являлась объектом анализа при рассмотрении проблем общественного развития. В настоящее время все большее значение будет приобретать та сторона производственной деятельности, которая направлена на предотвращение и ликвидацию негативного воздействия человеческого общества на окружающую среду.

Единство литосферы и атмосферы с населяющими или населявшими их типовыми организмами в динамике его естественного развития определяется как биосфера или природная среда. Часть природной среды, претерпевшая антропогенное, т.е. обусловленное хозяйственной деятельностью, воздействие или подверженная ему, представляет собой окружающую среду. На рис.2.1 представлено распределение зон биосферы в зависимости от степени антропогенного воздействия. В качестве границ зон принимаются значения предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ. Если в результате антропогенного воздействия концентрация загрязняющих веществ в определенном районе ниже ПДК, то такой район относится к зоне природной среды, при равенстве ей - к зоне экстремального состояния. Как видно из рис.2.1, в зону окружающей среды не входит часть зоны жизнедеятельности человека, где воздействие на природную среду значительно ниже допустимых значений.

Масштабы антропогенного воздействия на биосферу поистине глобальны.

Приведем несколько примеров.

1. В атмосфере находится около 20 млн т взвешенных частиц (аэрозолей). Из-за неравномерности распределения океанов и материков, а также различного уровня развития стран на северное полушарие приходится около 93 % всех выбросов в земную атмосферу. Около 90 % этих выбросов приходится на 8-10 % поверхности материков (часть Европы, Северной Америки и Японии).

За последние десять лет в атмосферу Земли поступило 74 тыс. т кадмия, около 600 тыс. т меди, почти 4,5 млн т свинца, чуть больше - никеля и более 3 млн т цинка. Современное производство ежегодно высвобождает (за счет сжигания топлива) 142 1018 Дж тепловой энергии, которая рассеивается в окружающем пространстве, меняя температурный режим среды и динамику происходящих в нем процессов.

Уже сейчас в районах с развитой промышленностью наблюдаются, по данным В.А. Ковды, существенные изменения элементов климата по сравнению с естественными условиями (табл.2.1).

В 1988г. был опубликован доклад ООН о воздействии парникового эффекта на условия жизни на Земле, в котором отмечается, что в результате усиления парникового эффекта, т.е. нагрева внутренних слоев атмосферы, вызванного уменьшением притока тепла в высокие атмосферные слои из-за повышенного накопления в тропосфере углекислого газа, метана, хлорфторидов и других веществ, температура земной атмосферы будет за 10 лет повышаться на 0,2 - 0,5°С, что приведет к глобальному потеплению климата на Земле и, как следствие, к повышению уровня Мирового океана, затоплению береговых зон и серьезному подрыву экономики многих стран.

В числе причин образования над Антарктидой "дыры" в озонном слое выделяется накопление в атмосфере определенных химических веществ. Негативные последствия разрушения озонного слоя, защищающего планету от радиационного воздействия, вряд ли можно переоценить.

2. По данным Международного союза охраны природы и природных ресурсов в результате эрозии почвы, использования земель в промышленности, энергетике, градостроительстве, на транспорте земная суша деградирует со скоростью 44 га в минуту. При этом каждую минуту с поверхности земли исчезает 20 га лесов, главным образом, тропических, являющихся основным поставщиком кислорода в атмосферу.

В.А. Ковда приводит следующие данные о содержании биогеохимических (естественных) и технохимических (возникающих в результате хозяйственной деятельности) агентов в биосфере (табл.2.2).

Агенты	Значение агента
Биогеохимические
Биомасса суши, т	31012 - 11013
Фотосинтез на суше, т/год	1010 - 1011
Оборот зольных ограногенов на суше, т/год	108 - 109
Растворенные в воде вещества, т/год	3109
Взвешенные в воде вещества, т/год	(1  6)  1010
Технохимические
Минеральные удобрения, т/год	3 - 108
Пыль индустриальная, т/год	0,25 109
Мусор, отходы, отбросы, т/год	20 109
Выемка рудных пород, т/год	5 - 109
Индустриальные и городские сбросы воды, м3/год	До 55 1011
Аэрозоли и газовые выбросы, м3/год	До 109

Как видно из приведенной таблицы, порядок величин биогеохимических и технохимических агентов в биосфере очень близок.

По мнению чл. -корр. РАН Ю.А. Израэля, изменения окружающей природной среды под влиянием антропогенных воздействий могут носить как позитивный, так и негативный характер. С одной стороны, такие воздействия способствуют повышению биологической продуктивности и увеличивают энергетический обмен в экологических системах, а с другой - ведут к истощению невозобновляемых ресурсов, к уменьшению способности природы к воспроизводству возобновляемых ресурсов, к загрязнению природной среды.

Можно считать установленным, что отрицательные стороны антропогенного воздействия на биосферу обусловлены существенными различиями кругооборота вещества и энергии в техногенных (искусственных) системах по сравнению с природными. Как было показано выше, для природных систем характерен более замкнутый кругооборот по сравнению с техногенными системами, в которых утилизируется лишь незначительная часть природных ресурсов. Большая же часть этих ресурсов с ухудшившимися составом и свойствами возвращается обратно в биосферу. Экологическое несовершенство техногенных систем и заключается в крайне низком коэффициенте использования природных ресурсов Ки.п.р. По различным оценкам величина КИ.П.Р колеблется в пределах 0,02 - 0,1. Таким образом, в результате проявления различных форм человеческой деятельности биосфера превращается, по образному выражению акад. АН СССР С.С. Шварца, в биотехносферу, в новую сложную систему, которая развивается по своим особым сложным законам. Они нам пока неизвестны, и их предстоит изучить.

Проблема познания и соблюдения законов биотехносферы возникла потому, что, во-первых, деятельность людей по своим масштабам стала вполне соответствовать глобальным процессам в биосфере, а во-вторых, появились серьезные (и вполне обоснованные) опасения за то, сможет ли биосфера (или ее отдельные элементы и участки) проявить в создавшихся условиях способность к саморегулированию природных процессов и восстановлению естественного состояния. Интегрирование этих законов ведет к разрушению природной среды - основы существования человеческого общества.

В последние годы в ряде стран для оценки состояния биотехносферы предложен комплексный показатель Е, который представляет собой сумму частных показателей, характеризующих состояние отдельных элементов окружающей среды Si. При этом каждый частный показатель умножается на коэффициент К отражающий относительную значимость (вес) состояния данного элемента окружающей среды в общем состоянии биотехносферы.

Разработанный в США комплексный показатель качества окружающей среды учитывает состояние воздушного и водного бассейнов, почвы, леса, дикой природы, минеральных ресурсов и так называемый ареал проживания (т.е. плотность населения в данном районе и тип населенного пункта). Состояние каждого элемента окружающей среды , оценивается по стабильной шкале. Оценка "0" соответствует катастрофическому, а оценка "100" - идеальному состоянию данного элемента биосферы. Коэффициент относительной значимости и величина , определяются экспериментальным путем.

В табл.2.3 приведены результаты расчета обобщенного показателя Е из частных показателей, оценивающих состояние воздушного бассейна, водных ресурсов и качество земель, а также дополнительного показателя, характеризующего загрязнение окружающей среды пестицидами, продуктами радиации и др., причем каждый частный показатель является суммой параметров, оценивающих различные стороны состояния данного элемента окружающей среды. Так, показатель качества воздушного бассейна находится на основе оценки его состояния в городах, пригородах и индустриальных районах, размещенных в сельской местности. Состояние водных ресурсов определяется на основе учета объемов промышленных и бытовых сточных вод, поступающих в поверхностные источники, и критериев, оценивающих последствия загрязнения: индикатора мутности, жесткости воды, содержания различных примесей и др.

Показатель качества земель определяется с помощью шести параметров (степени эродированности земель, масштаба техногенного воздействия на земли и др.).

В Канаде комплексный показатель качества окружающей среды вычисляется по формуле, сходной по своей структуре с выражением (1.1), но с другими коэффициентами относительной значимости:

-1/2, (2.3)

S1, S2, S3, - соответственно показатель качества воздушного бассейна, водных ресурсов и земель; S4 - дополнительный показатель, учитывающий влияние прочих факторов на состояние окружающей среды.

Данные комплексные показатели являются крайне упрощенными, однако их можно рассматривать как определимый этап в создании системы количественных оценок биотехносферы.

Таблица 2.3

Результаты расчета показателя состояния окружающей среды

Элементы окружающей среды	Состояние элемента	Коэффициент относительной значимости	Е
Почва	78	0,3	23,40
Лес	76	0,05	3,80
Ареал проживания	58	0,125	7,25
Дикая природа	53	0,05	2,65
Минеральные ресурсы	48	0,075	3,60
Водный бассейн	40	0,2	8,00
Воздушный бассейн	34	0,2	6,80
Итоговое значение комплексного показателя			55,5