Лекция №5. Ноосфера. Загрязнения.
5.1 Ноосфера. Роль антропогенного фактора в развитии биосферы.
Биосфера – саморегулирующаяся, динамически устойчивая планетарная экосистема. Такой она стала в процессе эволюции. Динамическая устойчивость биосферы обеспечивается разнообразием составляющих ее экосистем, саморегуляция достигается посредством сложных механизмов круговорота веществ и энергии.
Миллион лет назад в эволюции биосферы произошло важное событие – появился человек. Отличие человека от других живых организмов состояло в обладании сознанием, позволяющим оценивать результаты своей деятельности. Однако долгое время деятельность человека практически не отличалась от деятельности других живых организмов и была связана в основном с удовлетворением естественных биологических потребностей – добыванием пищи, поиском источников тепла, защитой от хищных зверей и т.д. По мере развития человечества влияние его деятельности на биосферу росло. Но только благодаря стремительному прогрессу науки и техники (XIX-XX вв.), человек начал по-настоящему активно вмешиваться в естественные процессы, протекающие в биосфере.
Сейчас влияние деятельности человека на биосферные процессы стало сопоставимо с влиянием естественных факторов, определявших развитие биосферы на протяжении всей ее предыдущей истории. Именно в наши дни вступает в силу разработанная академиком В. И. Вернадским концепция ноосферы – сферы разума.
Ноосфера (от греч. “noos” – мышление, разум) – высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным определяющим фактором развития биосферы. Вот как сам В. И. Вернадский писал о ноосфере: “Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью, трудом встает вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы приближаемся, и есть ноосфера”.
Сейчас мы можем говорить лишь о начальных стадиях развития ноосферы и в зависимости от того, как построит человек свои взаимоотношения с окружающей его природной средой, зависит будущее биосферы и существование самого человека.
Деятельность человека, оказывающую влияние на природные биосферные процессы, принято называть антропогенным воздействием.
Антропогенное воздействие – деятельность человека, связанная с реализацией его экономических, военных, культурных и других интересов, вносящая физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую природную среду.
Характер и масштабы антропогенного воздействия на биосферу определяются биосоциальной природой человека, суть которой состоит в следующем:
- с одной стороны, человек – биологический объект, участвующий в глобальном круговороте веществ и энергии и связанный с окружающей средой системой трофических взаимодействий (человек – гетеротрофный консумент-полифаг с аэробным типом обмена);
- с другой стороны, человечество представляет собой высокоразвитую социальную систему, которая предъявляет к окружающей среде широкий круг небиологических требований, вызванных техническими, бытовыми, культурными потребностями, прогрессивно возрастающими по мере развития науки, техники, культуры.
В настоящее время потребности человека вышли далеко за рамки чисто биологических, масштабы его воздействия на биосферу значительно превысили ее адаптационные возможности. Другими словами, человечество как социальная система стало функционировать намного шире, чем как система биологическая.
Такое состояние взаимоотношений в системе “человеческое общество – биосфера” влечет за собой нарушение сложившегося в процессе эволюции биологического круговорота и угрожает целостности биосферы.
Выделяют следующие основные виды антропогенных воздействий:
1. Изменение структуры земной поверхности: строительство городов, промышленных предприятий, дорог, распашка степей, вырубка лесов, осушение земель, создание искусственных водоемов и т.д.
2. Изменение химического состава окружающей природной среды, влияние на круговорот веществ в биосфере: добыча полезных ископаемых, выбросы различных веществ в атмосферу и гидросферу, химизация сельского хозяйства и т.д.
3. Изменение энергетического (теплового) баланса отдельных регионов и планеты в целом: крупномасштабное сжигание топлива, загрязнение атмосферы “малыми газами” и т.д.
4. Изменения, вносимые в живую природу: уничтожение отдельных видов организмов, выведение новых пород животных и сортов растений, перемещение организмов на новые места обитания и т.д.
Все антропогенные воздействия на биосферу можно разделить на преднамеренные (целенаправленные) и сопутствующие (непроизвольные).
Преднамеренные антропогенные воздействия – воздействия, осуществляемые человеком сознательно для достижения конкретных целей: например, строительство городов, дорог, водохранилищ, добыча полезных ископаемых и т.д.
Сопутствующие антропогенные воздействия возникают побочно с преднамеренными: например, добыча полезных ископаемых сопровождается изменением почвенного рельефа и т.п. Более опасными для окружающей природной среды являются сопутствующие антропогенные воздействия: их сложно прогнозировать и отклик биосферы на них появляется не сразу, а со сдвигом во времени, вследствие чего масштабы таких воздействий трудно регулировать.
5.2 Понятие загрязнений. Виды загрязнений.
Основным и наиболее распространенным видом антропогенного воздействия на биосферу является загрязнение окружающей природной среды.
Загрязнение окружающей природной среды – это поступление в нее или возникновение в ней новых, нехарактерных для нее физических, химических, биологических или информационных агентов, оказывающих вредное воздействие на природные экосистемы и человека. Другими словами, загрязнение окружающей природной среды – это поступление в природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий в количествах, оказывающих вредное воздействие на здоровье человека, флору и фауну.
По происхождению загрязнение окружающей среды бывает естественным и антропогенным.
Естественное загрязнение – это загрязнение, вызванное естественными (природными) причинами и катастрофами. К ним относятся извержения вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары, селевые потоки, наводнения, землетрясения, выветривание горных пород, ветровая и водная эрозия, массовое цветение растений, разложение живых организмов и т.п.
Антропогенное загрязнение – это загрязнение, являющееся результатом хозяйственной деятельности человека.
Выделяют следующие основные виды загрязнений окружающей природной среды:
1. Физическое (параметрическое) загрязнение – загрязнение, связанное с изменением физических параметров среды. В зависимости от изменения того или иного параметра различают следующие виды физических загрязнений:
а) Тепловое загрязнение.Проявляется в повышении температуры среды.
Источники – теплотрассы, промышленные выбросы теплой воды и дымовых газов и т.д.
б) Шумовое загрязнение. Проявляется в превышении естественного уровня шума и ненормальном изменении звуковых характеристик – периодичности, силы звука и т.п.
Источники – работа транспорта, промышленных устройств, бытовых приборов, поведение людей и т.д.
в) Радиационное и радиоактивное загрязнения. Радиационное обусловлено действием ионизирующих излучений, радиоактивное – содержанием радиоактивных веществ. Проявляется в превышении естественного радиационного фона Земли (1-10 мЗв/год).
Источники – разработка радиоактивных руд, ядерные взрывы (военные и в мирных целях), применение радионуклидов в различных отраслях хозяйства (медицина, энергетика и др.), ядерно-технические установки (подводные лодки и др.), аварии на атомных электростанциях и предприятиях, радиоактивные отходы.
г) Электромагнитное загрязнение. Обусловлено длительным воздействием электромагнитных полей. Проявляется нарушениями в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах: повышении утомляемости, возникновении чувства апатии и др.
Источники – высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио- и телепередающих станций, бытовая техника (микроволновые печи и др.), радиотелефоны, компьютеры и т.д.
2. Химическое (деструкционное) загрязнение– загрязнение, проявляющееся в увеличении количества химических компонентов в определенном объеме среды за рассматриваемый промежуток времени, а также проникновение в среду химических веществ, отсутствовавших в ней ранее, или в количествах, превышающих норму. Различают два вида химических загрязнений:
а) Минеральное загрязнение – загрязнение минеральными веществами.
б) Органическое загрязнение – загрязнение органическими веществами.
Количество загрязняющих биосферу химических веществ огромно и постоянно увеличивается по мере развития новых технологических процессов. “Приоритет” принадлежит следующим загрязняющим веществам: диоксиду серы, тяжелым металлам (свинцу, кадмию, ртути и др.), пестицидам, бенз(а)пирену, нефти и нефтепродуктам (углеводородам), оксиду и диоксиду углерода, оксидам азота, полимерным материалам (пластмассам). Источники химического загрязнения – химическая, нефтехимическая, металлургическая, горнодобывающая, пищевая и другие отрасли промышленности, энергетика (ТЭС), сельское хозяйство, транспорт, коммунально-бытовое хозяйство и т.д.
3. Биологическое загрязнение – привнесение в среду и размножение в ней нежелательных, в первую очередь – для человека, организмов (растений, животных, микроорганизмов), проникновение их в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства. Различают следующие виды биологических загрязнений:
а) Биотическое (биогенное) загрязнение . Проявляется в распространении нежелательных, с точки зрения людей, биогенных веществ (выделений, мертвых тел и др.) на территории или акватории, где они ранее не наблюдались.
б) Микробиологическое (микробное) загрязнение. Проявляется в появлении в среде необычно большого количества микроорганизмов.
Источники биологического загрязнения – мусорные свалки, несвоевременная уборка мусора, предприятия промышленного биосинтеза (производство биоконцентратов, кормового белка, антибиотиков, вакцин, ферментов и др.) и т.д.
По масштабам и распространению различают локальное, региональное и глобальное загрязнения окружающей среды.
Локальное (местное) загрязнение – это загрязнение небольшой территории, как правило, вокруг промышленного предприятия, населенного пункта.
Региональное загрязнение – это загрязнение, обнаруживающееся в пределах значительных пространств, но не охватывающее всю планету.
Глобальное (фоново-биосферное) загрязнение – это загрязнение, обнаруживающееся в любой точке планеты независимо от расстояния от источника загрязнения.
В настоящее время антропогенному загрязнению подвергаются все компоненты биосферы (воздух, вода, почва).
Основными источниками загрязнения атмосферы являются предприятия черной и цветной металлургии, химическая и нефтехимическая промышленность, теплоэнергетика (ТЭС, АЭС, промышленные и городские котельные), промышленность строительных материалов, целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая промышленность, автотранспорт, сельское хозяйство. Главными загрязнителями атмосферного воздуха являются оксиды углерода, оксиды азота, SO2 и твердые частицы (пыль, сажа, зола и др.). На их долю приходится 98% от общего объема выбросов. В атмосферу поступает также множество других вредных веществ – углеводороды, бенз(а)пирен, аммиак, сероводород, хлор, фтор, озон, формальдегид, фенолы, тяжелые металлы, фреоны и т.д.
Основными источниками загрязнения гидросферы являются сточные воды предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и легкой промышленности, машиностроения, коммунально-бытового хозяйства, а также сточные воды судов (т.е. флота). Водоемы загрязняются тяжелыми металлами, нефтью и нефтепродуктами, пестицидами, солями, взвешенными частицами, фенолами, СПАВ и т.д., возникают тепловое, радиационное и другие загрязнения.
Основными источниками загрязнения литосферы являются сельское хозяйство, мелиорация, добыча полезных ископаемых, химическая, нефтехимическая, металлургическая и военная промышленность, энергетика, коммунально-бытовое хозяйство. Главными загрязнителями почвы являются пестициды, металлы, картон и бумага, пластмассы, золы, шлаки.
5.3 Критерии оценки степени загрязнения:
ПДК, ПДВ, ПДС, комплексные показатели
Итак, в настоящее время хозяйственная деятельность человека по мощности воздействия на биосферу соизмерима с процессами, протекающими в природе. И совершенно очевидно, что продолжать бесконтрольно загрязнять окружающую природную среду человечество не может; однако прекратить свою хозяйственную деятельность или хотя бы снизить ее темпы оно тоже не в состоянии – в связи со все возрастающими потребностями цивилизации.
Единственным выходом из сложившейся ситуации является установление рациональных взаимоотношений человека с окружающей природной средой. Рациональные взаимоотношения предполагают использование человеком природных ресурсов без ущерба для окружающей природной среды и обеспечение их возобновления.
Другими словами, необходимо регулировать качество окружающей природной среды. Под качеством окружающей природной среды понимают совокупность показателей, характеризующих состояние природной среды. Для регулирования качества окружающей природной среды современное законодательство многих стран, в том числе и РФ, использует систему экологического нормирования.
Экологическое нормирование (т.е. нормирование качества окружающей природной среды) - это процесс научной разработки и юридического закрепления системы количественных и качественных нормативов состояния окружающей природной среды, при которых обеспечиваются благоприятные условия для жизни людей и устойчивого функционирования природных экосистем. Другими словами, экологическое нормирование имеет два аспекта - регулирование антропогенных нагрузок на окружающую среду и обеспечение безопасности окружающей среды для человека.
Целью экологического нормирования является поддержание такого состояния природных экосистем, при котором происходит непрерывное обеспечение процессов обмена веществами и энергией между природой и человеком на уровне, обеспечивающем воспроизводство жизни на Земле.
Нормативы качества окружающей природной среды делятся на три группы: санитарно-гигиенические, производственно-хозяйственные и комплексные.
Санитарно-гигиенические нормативы - это нормативы предельно допустимых уровней химического, биологического, физического и радиационного воздействий (применительно к здоровью человека). Основными санитарно-гигиеническими нормативами являются: предельно допустимая концентрация вредных веществ ПДК (для химических и биологических воздействий) и предельно допустимый уровень воздействия ПДУ (для физических и радиационных воздействий).
Предельно допустимая концентрация ПДК– такое содержание вредного вещества в компонентах окружающей среды (воздухе, воде, почве), которое при периодическом (т.е. за определенный промежуток времени) или постоянном (т.е. в течение всей жизни человека) воздействии практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.
ПДК веществ для воздуха выражаются в мг/м3, для воды – в мг/л, для почвы – в мг/кг. Величины ПДК разрабатываются с использованием научных методов и устанавливаются в законодательном порядке – Государственным Комитетом санитарно-эпидемиологического надзора (Госкомсанэпиднадзор) при правительстве РФ.
Первые нормативы ПДК вредных веществ в нашей стране были установлены: для воды - в 1939 г., для воздуха - в 1951 г., для почвы - в 1980 г. Сейчас в РФ утверждены и действуют более 500 нормативов ПДК вредных веществ для воздуха, более 1900 - для водоемов и более 130 - для почв.
Производственно-хозяйственные нормативы качества устанавливают требования к источнику вредного воздействия, ограничивая его деятельность определенной пороговой величиной. Основными производственно-хозяйственными нормативами являются: предельно допустимый выброс ПДВ и предельно допустимый сброс ПДС. Под выбросом понимается поступление вредных веществ в атмосферу, под сбросом – поступление вредных веществ вместе со сточными водами в природные водные объекты.
Предельно допустимый выброс ПДВ – максимальное количество загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу отдельным конкретным источником в единицу времени, превышение которого ведет к превышению ПДК загрязняющего вещества в приземном слое воздуха и, как следствие, к неблагоприятным последствиям в окружающей источник природной среде и угрозе для здоровья людей.
Предельно допустимый сброс ПДС – максимальное количество загрязняющего вещества, сбрасываемого в составе сточных вод в природный водный объект, превышение которого ведет к превышению ПДК загрязняющего вещества в данном природном объекте.
ПДВ выражается в г/с, ПДС – в мг/л или г/м3. Постановление о введении ПДВ (ПДС) в практику природоохранной деятельности в нашей стране было принято в 1978 году. ПДВ (ПДС) определяется индивидуально для каждого химического вещества и каждого источника выбросов (сбросов), которых может быть несколько на одном предприятии. Величины ПДВ (ПДС) устанавливаются Государственным комитетом по охране окружающей среды (Госкомэкологии России), Минприроды РФ или специально уполномоченными органами в области охраны окружающей среды.
Основными комплексными нормативами качества являются предельно допустимые нормы нагрузки на окружающую природную среду ПДН.
Предельно допустимые нормы нагрузки на окружающую природную среду ПДН – это максимально допустимые размеры антропогенного воздействия на природные ресурсы или природные комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости природных экосистем. Например, нормы ПДН устанавливают предельное число домашнего скота, приходящееся на единицу пастбищных угодий; предельное число посетителей, пребывающих одновременно на экскурсии в заповеднике; экологические ограничения на использование лесных или водных ресурсов и т.п.
Нормативы ПДН разрабатываются и утверждаются отраслевыми или местными экологическими организациями.
