Гальперин М. В. Г15 Экологические основы природопользования: Учебник - страница 5
.RU

Гальперин М. В. Г15 Экологические основы природопользования: Учебник - страница 5




находящиеся выше в трофических пирамидах, лишаются корма и одновременно подвергаются прямому действию закисления: разрушаются панцири ракообразных, повреждаются жабры у рыб. Вся трофическая сеть оказывается нарушенной. При рН < 5 экосистема водоёма погибает.

Помимо прямого негативного воздействия на биоту закис-ленные воды переводят в растворимые формы опасные для био-ты вещества, содержащиеся в подстилающих породах, например алюминий и другие металлы. Соединения окисленного азота способствуют эвтрофикации водоёмов, причём не только пре­сноводных, но и целых морей, например Балтийского моря.

Находящиеся в воздухе сернистый ангидрид, озон и азотная кислота представляют собой и непосредственную угрозу для жи­вых организмов. Эти вещества вызывают прямой ожог растите­льности, а в больших концентрациях опасны и для человека, и животных. В частности, гибель деревьев вдоль автомобильных дорог с интенсивным движением — прямое следствие озонового ожога. В городах в жаркую погоду образуется озоновый смог,

Глава 4. Загрязнение окружающей среды 125

вызывающий удушье, способное привести к смерти людей, стра­дающих сердечно-сосудистыми и лёгочными заболеваниями.

В Западной и Центральной Европе, а также во многих регио­нах европейской части России, концентрации озона, превышаю­щие ПДК, отмечаются летом над обширными территориями. Зи­мой наблюдаются значительные превышения ПДК по сернисто­му газу.

Несмотря на меры, принятые в последнее десятилетие в раз­витых странах, выбросы окислов серы и азота остаются гигант­скими. Схема кислотного загрязнения природной среды и оцен­ки выбросов веществ, участвующих в кислотном загрязнении, приведены на рис. 4.6. Масштабы загрязнения можно видеть на рис. 4.7. В Центральной и Южной Европе за год выпадает около 2 г серы в окисленной форме на квадратный метр в год, что в пересчёте на сульфаты составляет примерно 6 г/м год. Если бы эти сульфаты не нейтрализовались аммиаком и гумусом почвы, то такой поток серной кислоты давно превратил бы эти регионы в пустыню. Вопрос в том, сколько времени ещё природные сис­темы способны выдерживать такой стресс?!









128 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

фатов приводит к заметному перераспределению осадков вблизи промышленных центров.

Антропогенная эмиссия окислов азота связана с высокотем­пературными процессами сжигания органического топлива. При обычных температурах азот воздуха не соединяется с кислоро­дом, но при температурах свыше 500 °С реакция



начинает идти, некоторое количество азота успевает окислиться, и N0 выбрасывается в атмосферу с отходящими газами электро­станций, металлургических печей и выхлопными газами автомо­билей23. Одновременно с N0 автотранспорт выбрасывает в воз­дух ЛОС и, при плохой регулировке двигателей, угарный газ — оксид углерода СО. Природным источником ЛОС является лес­ная растительность.

В атмосфере соединения серы и азота, а также ЛОС участву­ют в сложных химических процессах, упрощённая схема кото­рых показана на рис. 4.8. Образование тропосферного озона есть результат циклических превращений окислов азота. В воздухе оксид азота N0 окисляется и превращается в NO2 (точнее — в комплекс N2O4) под действием озона и свободных радикалов.

Свободные радикалы — это химически высокоактивные осколки молекул, образующиеся в тропосфере под действием мягкого ультрафиолетового излучения Солнца, которое свобод­но проходит озоновый слой в стратосфере24. К ним относятся осколки молекул воды ОН25 и осколки молекул летучих углево­дородов ЛОС, в изобилии поставляемых в атмосферу автомоби­лями и лесами. Активность свободных радикалов столь велика, что их время жизни в атмосфере исчисляется долями секунды, но солнечные лучи рождают их вновь и вновь.

Диоксид азота NO2 частично дополнительно окисляется и соединяется с водой, образуя в конце концов пары азотной кис-

23 Помимо N0 в атмосферу попадает целый набор других окислов азота — N2O, N2C>5 и т. д. Их относительное количество невелико, и соответственно не­велика и роль в тропосферных процессах. Но закись азота N2O, попадая в стра­тосферу, может способствовать разрушению озонового слоя.

24 Озоновый слой полностью задерживает только «жёсткий ультрафиолет», содержащий наиболее энергичные кванты излучения.

25 Не путать с гидроксил-ионом ОН", существующим только в жидкой воде и растворах!





^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды 131

Нефтяное топливо подвергают предварительному обессере-ванию. Эти процессы позволяют существенно снизить эмиссию окислов серы, но не окислов азота. Чтобы снизить образование городского озонового смога, автомобили снабжают каталитиче­скими реакторами, в которых происходит окисление СО и ЛОС. Обязательное использование этих реакторов связано с необходи­мостью полного запрета на использование тетраэтилсвинца для повышения качества бензина, так как это соединение очень бы­стро выводит из строя катализатор. Запрет использования тетра­этилсвинца необходим и с точки зрения уменьшения выбросов свинца и в настоящее время введён во многих странах.

4.4. Пыль, тяжёлые металлы и ядовитые химические соединения

Аэрозольные частицы, или пыль, попадают в атмосферу в результате многих природных процессов. Главным источником природных аэрозольных частиц является мировой океан. При обрушении волн в воздухе оказывается множество мелких ка­пель, поднимаемых ветром. Эти капли быстро высыхают, и в воздухе остаются частицы морской соли. Другой источник атмо­сферных частиц — ветровой подъём пыли с открытой поверхно­сти континентов, пустынь и полупустынь. Множество частиц остаётся в атмосфере в результате извержений вулканов. Аэро­зольные частицы играют огромную роль в формировании кли­мата Земли. Они служат ядрами конденсации при образовании облаков и ответственны за рассеяние и частичное отражение солнечного света.

Мелкие частицы, диаметром меньше 0,1 мкм, ведут себя в атмосфере как невесомый газ с большим, в десятки и сотни ча­сов, временем жизни (рис. 4.9). Они выпадают на поверхность в основном под действием осадков. Крупные частицы с размером более 2 мкм осаждаются на поверхность под действием и собст­венного веса, и осадков. Особенно долгоживущими являются ча­стицы с размерами около 1 мкм, которые почти невесомы и сла­бо захватываются осадками.

Хозяйственная деятельность человека привела к значитель­ному росту запыления атмосферы. В п. 4.3 были рассмотрены процессы образования сульфатных и нитратных аэрозольных ча-



стиц в результате окисления отходящих газов, выбрасываемых тепловыми установками и транспортом. Это мелкие, невесомые частицы. Более крупные антропогенные аэрозольные частицы попадают в атмосферу непосредственно как продукт процессов сжигания топлива или мусора (зола и сажа), так и при подъёме пыли транспортом и при сельскохозяйственных, горных и строи­тельных работах. Плохо отрегулированные двигатели, особенно дизельные, также выбрасывают в атмосферу частицы сажи и дру-• гие продукты неполного сгорания. На электростанциях и в про­мышленности основная масса крупных частиц, диаметром более 5 мкм, эффективно улавливаются фильтрами и центрифужными сепараторами (циклонами). Мелкие частицы, особенно диамет­ром менее 1 мкм, плохо поддаются улавливанию. Поэтому вдали от источников доля частиц с диаметрами около 1 мкм велика.

Важным свойством атмосферных аэрозольных частиц явля­ется огромная площадь их поверхности. Для умеренно загряз­ненной континентальной атмосферы суммарная площадь повер­хности частиц, находящихся в воздухе над некоторой террито­рией, составляет около 10 % от площади этой территории. И только благодаря ничтожным размерам частиц атмосфера со­храняет прозрачность.

Антропогенные аэрозольные частицы не только загрязняют атмосферу сами по себе, но являются носителями других, гораздо более опасных загрязняющих веществ, таких как тяжёлые ме-

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды 133

таллы и ядовитые долгоживущие органические соединения. С точки зрения химика эти две группы веществ — совершенно разные сущности. Но по своим источникам, поведению в природной среде и воздействию на неё они имеют много общего. И тяжёлые металлы, и устойчивые органические соединения попадают в природную среду не только при их производстве, но и при их ис­пользовании и при утилизации отходов. И те, и другие могут на­ходиться в атмосфере в виде паров или, что бывает чаще, оседать на поверхности аэрозольных частиц и переноситься вместе с эти­ми частицами-носителями. И те, и другие могут находиться в биосфере очень долго, накапливаясь в пищевых цепях. Наконец, многие из них являются ксенобиотиками, и все они — опасные яды даже в очень малых концентрациях.

В литературе, посвященной проблеме загрязнения природ­ной среды, ванадий, никель, железо, марганец, ртуть, кадмий, таллий, кобальт, медь, свинец, олово, мышьяк, сурьму, селен, хром и цинк условно называют тяжёлыми металлами, хотя с точки зрения химика не все эти элементы являются истинными металлами.

Большинство тяжелых металлов в природе доступно для рас­тений и бактерий только в очень малых концентрациях. Железо, медь, цинк, селен, марганец, молибден и некоторые другие эле­менты в микродозах необходимы для живых организмов. Они опасны только в больших, избыточных концентрациях. Свинец, кадмий, мышьяк, ртуть и их соединения, по-видимому, ядовиты для большинства высших животных и многих растений в любых концентрациях27.

Промышленное извлечение тяжёлых металлов из руд прин­ципиально изменило их геохимические циклы, и концентрации многих металлов в природной среде повысились в десятки и сот­ни раз. Пока эти металлы находятся в связанном состоянии в своих природных депо — рудах и минералах, их количества в биосферных циклах ничтожны. Проблема состоит в том, что по­сле извлечения из руд и попадания в биосферные круговороты веществ тяжёлые металлы возвращаются в природные депо — осадочные породы чрезвычайно медленно.

27 Однако последние исследования показали, что даже такой токсичный эле­мент, как ртуть, в микродозах стимулирует активность лейкоцитов и интенсив­ность обмена веществ, а также дезинтоксикацию живых организмов. — Примеч. ред.


134 Часть И. Природопользование и экологическая безопасность

Антропогенными источниками тяжелых металлов в природ­ной среде являются процессы их производства, а также техноло­гические процессы, в которых они используются: производство бумаги и ювелирных изделий (ртуть28), электротехническая, электронная и электрохимическая промышленность (кадмий, свинец, олово, медь, ртуть и т. д.)- Присадки к автомобильному и авиационному топливу содержат свинец и таллий, при сжига­нии попадающие в атмосферу (тетраэтилсвинец широко исполь­зуется до сих пор для повышения октанового числа бензина во многих странах, в том числе и в России).

Значительная доля загрязнения природной среды тяжёлыми металлами приходится на неорганизованные мусорные свалки, помойки и просто разбросанный мусор. Избыток железа в под­земных водах Подмосковья — следствие огромного количества разбросанного металлолома. Ртуть в атмосфере и соединения ртути в воде — это выброшенные ртутные лампы, медицинские приборы (термометры, тонометры) и другая аппаратура, содер­жащая ртуть. К сожалению, большинство людей не задумывается над тем, что один выброшенный битый «градусник» способен отравить кубический километр воздуха!

При выбросах в атмосферу тяжёлые металлы или их соедине­ния сорбируются (оседают) на поверхности аэрозольных частиц, вместе с частицами рассеиваются в воздухе и выпадают на зем­лю. Исключением отчасти является ртуть, значительная часть которой остаётся в атмосфере в виде паров. Попав в пресные воды непосредственно или в результате атмосферных выпаде­ний, тяжёлые металлы и их соединения отравляют реки, а потом и моря, в которые эти реки впадают. Например, природный вы­нос реками соединений железа в океан составляет около 25 млн тонн, а антропогенный — около 320 млн тонн, природный вы­нос соединений свинца — 180 тыс. тонн, а антропогенный — бо­лее 2 млн тонн. Многие металлы, прежде всего ртуть, жадно по­глощаются пресноводными бактериями. В результате образуются металлоорганические соединения, гораздо более ядовитые, чем чистые металлы.

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды

135

28 Во многих странах Латинской Америки и Азии при золочении до сих пор используется примитивный кустарный процесс, использующий амальгаму — раствор золота в ртути. Ртуть при этом просто испаряется. Возможно, что это главный антропогенный источник ртути в природной среде.

Хотя крупные частицы-носители выпадают на сравнительно малых расстояниях от источников выбросов, целый ряд факто­ров приводит к глобальному распространению тяжёлых метал­лов в биосфере. Во-первых, малые, долгоживущие частицы-но­сители, имеющие относительно большую сорбирующую поверх­ность29, медленно выводятся из атмосферы (рис. 4.9). Поэтому они могут переноситься в атмосфере на огромные расстояния. Во-вторых, выпавшие на землю частицы и пары некоторых ме­таллов (ртути прежде всего) спустя даже длительное время мо­гут снова подниматься в воздух ветром и такими «прыжками» постепенно распространяться на всё больших территориях. В-третьих, тяжёлые металлы разносятся реками и морскими те­чениями в виде растворимых солей или на взвешенных в воде частицах.

Глобальный характер распространения тяжёлых металлов хо­рошо виден на примере свинца (рис. 4.10). Данные, приведен­ные на картах рис. 4.10, свидетельствуют об одной неприятной дополнительной особенности поведения тяжёлых металлов в природной среде.'

Вся пресная вода, потребляемая человеком, исходно дожде­вая вода. Поэтому содержание тяжёлых металлов в питьевой воде непосредственно зависит от их содержания в атмосферных осадках. Из рис. 4.10 и данных табл. 4.2 видно, что в то время как концентрации в воздухе существенно ниже ПДК, концент­рации в осадках могут превосходить ПДК для питьевой воды и, тем более, для рыбохозяйственных водоёмов. Такая картина на­блюдается как для свинца, так и для кадмия и ряда других тяжёлых металлов.

Если воспользоваться формулами (4.1) и (4.2) для оценки суммарного уровня загрязнения свинцом, кадмием и ртутью пресноводных водоёмов, то для Европы в среднем получим зна­чение S= 1,1—1,25, то есть выше критического уровня, а для Азии и Северной Америки S= 0,8—0,9. И это — следствие за­грязнения атмосферы. Ясно, что для наиболее загрязненных ур­банизированных районов нормы загрязнения превышены в не­сколько раз. Таким образом, уровень загрязнения тяжёлыми ме-

29 Объём и вес частицы пропорциональны кубу её размера, а поверхность — квадрату. Поэтому одна «большая» частица имеет поверхность в 1,26 раз мень­шую, чем две частицы того же объёма.




Рис. 4.10. Средние концентрации свинца в приземном воздухе вдали от крупных источников и максимальные среднемесячные концентрации свинца в осадках в

различных регионах мира

таллами стал угрожающим по меньшей мере в масштабах всего Северного полушария.

Опасные долгоживущие органические соединения попадают в природную среду двумя путями. Наиболее опасные, прежде всего 3,4-бенз(а)пирен и диоксины, — это побочные продукты сжигания органического топлива и технологических процессов. Они образуются и выбрасываются, условно говоря, «непредна­меренно». Другие опасные вещества вносятся в природную сре­ду вполне сознательно, с определёнными хозяйственными или иными целями. Это применяемые в сельском хозяйстве пести­циды (ядохимикаты) и дефолианты — вещества, вызывающие листопад у деревьев и кустарников30. Среди наиболее широко

30 Дефолианты широко используются при сборе урожая хлопка. США испо­льзовали дефолианты во вьетнамской войне с тяжёлыми последствиями для на-

селения.

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды 137

применяемых пестицидов гептахлор, карбофос, диурон и раз­личные ГХЦГ (линдан и гексахлоран). Большинство этих ве­ществ разлагаются в природе очень медленно и получают глоба­льное распространение. Они обладают способностью накапли­ваться в пищевых цепях высших животных и человека даже в регионах, весьма удалённых от источника. Основной путь по предотвращению загрязнения природы ядохимикатами — созда­ние и использование биологических и экологических методов борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и сорны­ми растениями.

4.5. Биологическое и физическое разрушение и загрязнение природной среды

С момента своего появления на Земле человечество оказыва­ет постоянно нарастающее воздействие на состав и структуру экологических систем, истребляя одни виды живых организмов и способствуя, вольно или невольно, распространению и про­цветанию других видов. Вырубая леса и распахивая степи, чело­век лишает огромное число видов их мест обитания, и ежегодно с лица Земли исчезают тысячи видов, о существовании боль­шинства которых науке даже не было известно. Тем самым по­дрывается видовое разнообразие биосферы — одна из основ её устойчивого существования. Мы же замечаем исчезновение то­лько крупных животных — мамонтов, туров (дикие предки на­ших коров), китов, ламантинов (морских коров), некоторых ви­дов птиц.

Наряду с этим человек способствует внедрению в экосисте­мы новых для них видов. Иногда это проходит более или менее безболезненно, но может приводить к тяжёлым последствиям. Общеизвестны печальные результаты интродукции кроликов в Австралии, где они стали вытеснять местные эндемические виды из их экологических ниш, или появления колорадского жука на Евразийском континенте. В обоих случаях виды-мигранты попа­ли в благоприятную для них среду, где не имели естественных врагов. И вследствие этого был нанесён огромный вред местным экосистемам и прежде всего сельскому хозяйству.

В огромных урбанизированных регионах, таких как Севе­ро-Восток США, Мехико с пригородами, Москва с города-

138 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

ми-спутниками, образуются специфические полностью антропо­генные экосистемы, в которых наряду с приятными для человека соседями поселяются полчища крыс, мышей и тараканов.

С древних времён человечество осознало опасность соседст­ва прожорливых грызунов, не только истреблявших запасы зер­на, но и носителей страшных эпидемических заболеваний, прежде всего чумы, а также гепатита, геморрагических лихора­док, лептоспирозов и туляремии. Недаром вид одной дохлой крысы, погибшей от неизвестной причины, вызывал панику в средневековом городе. Древние египтяне были пионерами в эко­логически грамотном подходе к борьбе с вредителями, когда сделали кошку священным животным. В известном смысле ци­вилизация обязана своим развитием именно домашней кошке, издревле спасавшей зернохранилища от разорения, а людей — от голода и чумы31. В этом отношении действия многих современ­ных городских властей представляются по меньшей мере безгра­мотными. Вместо того, чтобы вкладывать деньги и силы в очист­ку городов от мусора и пищевых отходов, они тратят огромные средства на ядохимикаты, к которым грызуны быстро адаптиру­ются. В то же время эти яды уничтожают бродячих кошек, и в результате возникает эффект, обратный желаемому, — происхо­дит очередная вспышка численности мышей и крыс.

Другой тип биологического загрязнения, представляющего собой прямую угрозу для людей, — это бактериальное загрязне­ние пресных вод и почвы. Оно возникает из-за отсутствия или неисправности канализационных систем, а также неправильного размещения полигонов для хранения отходов. Фекальные мас­сы — основное депо инфекции — попадают в источники пре­сной питьевой воды и в море вблизи курортных зон как со сточ­ными и талыми водами, так и путём просачивания из необустро-енных выгребных ям и при авариях на очистных сооружениях.

Много веков человек пытался обеспечить себя чистой водой. Но до начала XX века основной целью водоочистки было удале­ние ила, для чего в основном использовались песчаные филь­тры, а не обеззараживание воды. В начале XX века появились мощные универсальные средства предупреждения эпидемий ин-

31 Целый ряд мелких хищников также являются отличными истребителями домашних грызунов. Но только кошка обладает полным набором достоинств, де­лающим её практически незаменимой на этом поприще.

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды

139

фекционных заболеваний: хлорирование воды32 и пастеризация продуктов питания, особенно молока.

К наиболее опасным патогенным микроорганизмам, перено­симым водой, относятся: холерный вибрион, сальмонеллы, вы­зывающие брюшной тиф и паратифозные заболевания, шигел-лы, вызывающие дизентерию, и вирусы гепатита. Контроль ка-, чества воды по наличию в ней патогенных микроорганизмов весьма проблематичен, так как обнаружить и распознать их сре­ди огромного числа безвредных бактерий почти невозможно. Поэтому в качестве критерия попадания фекальных остатков в питьевую воду используют наличие в чистой воде бактерий, сходных с абсолютно безвредной кишечной палочкой коли — так называемый коли-индекс. Обычно вода считается чистой, если в 1 литре её содержится не более 10 таких бактерий. Это очень малая величина, так как в 1 литре неочищенных сточных вод содержится до 1 миллиарда кишечных палочек.

За последние десятилетия всё большую роль начинает играть простое механическое загрязнение. Окрестности многих крупных городов буквально завалены отходами и мусором. Завалены му­сором берега и дно рек и озёр. Иногда этот мусор биологически и химически пассивен (полиэтилен и другие пластиковые мате­риалы, стекло), но даже в этих случаях он делает значительные пространства малопригодными для жизни и человека, и диких животных. В других случаях, медленно разлагаясь, он к тому же отравляет почву и воду.

Особую опасность представляет разлив нефтепродуктов. Масляные пятна на поверхности воды практически полностью прекращают газообмен между водой и атмосферой. Плёнка этих пятен по толщине близка к мономолекулярной, поэтому одна тонна нефтепродуктов, разлитая на поверхности воды, способна сделать непригодной для жизни несколько квадратных километ­ров водного пространства. Загрязненная нефтепродуктами почва практически перестаёт «дышать», и в ней погибают все почвен­ные организмы. Сквозь почву нефтепродукты проникают в грун­товые воды, делая их непригодными для использования. Нефте­продукты разлагаются очень медленно, и отравленные воды и почва самоочищаются очень долго.

32 В настоящее время всё чаще вместо хлорирования используется озониро­вание. Этот метод гораздо эффективнее и не ухудшает, а повышает вкусовые ка­чества воды, но стоит несколько дороже.

140 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

Загрязнение природной среды может носить не только мате­риальный, но и энергетический характер.

Крупные электростанции, а также заводы используют для охлаждения оборудования огромные объёмы воды. Эта нагретая вода часто сбрасывается в природные водоёмы, вызывая их пе­регрев — тепловое загрязнение и тем самым нарушая нормальное функционирование природных экосистем.

Ещё один тип физического воздействия на природные объ­екты связан с использованием быстроходных катеров и мотор­ных лодок на небольших реках и пресноводных озёрах. Подни­маемые этими судами волны размывают берега, при этом обна­жаются корни растущих на них деревьев, что ещё более ускоряет процесс разрушения берегов, ведёт к заиливанию и гибели водоёма. Поэтому использование лодок с моторами на озёрах категорически запрещено в скандинавских странах. К сожале­нию, подобный запрет далеко не везде введён в России и там, где введён, не всегда исполняется.

Шумовое загрязнение свойственно крупным городам и посел­кам, расположенным вдоль автомобильных трасс и вблизи аэро­дромов. Человеческое ухо весьма совершенный механизм, спо­собный различить ничтожный поток энергии звуковых волн: по­рог слышимости человека с хорошим слухом составляет около 10~12 Вт/м2. Болевой порог интенсивности звука составляет около 10 Вт/м2 (это шум реактивного самолёта на расстоянии 50 м), то есть превышает порог слышимости в 1013 раз. Чтобы выразить такой гигантский диапазон интенсивностей звука прибегают к логарифмической шкале



• тихая сельская местность — 20—30 дБ;

• обычный разговор — 40—50 дБ;

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды 141

• салон легкового автомобиля, пылесос — 60—70 дБ;

• тяжёлый дизельный грузовик — 90 дБ;

• шумный заводской цех — 100 дБ;

• выстрел из ружья вблизи уха — 160 дБ.

Шум, превышающий 100 дБ, заведомо ведёт к повреждению слуха при систематическом воздействии. При постоянном воз­действии шум, превышающий 80—90 дБ, может вызвать психи­ческие нарушения, прежде всего тяжёлое расстройство сна. Вме­сте с тем равномерный шум, имеющий природное происхожде­ние, например шум морского прибоя или дождя, не влияет на здоровье. Всё дело именно в равномерности во времени и по спектру (гармоническому составу). Наиболее опасны для сна именно стук, внезапные всплески. Одинокий мотоциклист в ночном городе способен разбудить тысячи людей. Для наруше­ния сна и даже снижения работоспособности достаточно одиноч­ных всплесков в 40—50 дБ на фоне тишины или равномерного шума в 20 дБ. По данным Всемирной Организации Здравоохра­нения (ВОЗ) постоянный шум в 70 дБ вызывает нервно-психиче­ские расстройства, а также изменения слуха и даже состава кро­ви. Между тем подобный уровень шума наблюдается, например, на 30 % территории Москвы.

Мощное развитие всевозможных видов радиосвязи, исполь­зующих всё более коротковолновые диапазоны, то есть всё более высокие частоты, привело к тому, что пространство урбанизиро­ванных регионов насыщено микроволновым излучением. Прямых доказательств вредного влияния сантиметровых радиоволн на здоровье пока нет, также как не изучены возможные механизмы такого влияния. Следует, однако, иметь в виду, что длины сан­тиметровых волн соответствуют размерам органов человеческого тела, которые, таким образом, оказываются приёмными антен­нами, настроенными в резонанс для этих волн. Например, длина волн, используемых во многих беспроводных и мобильных теле­фонах, равна примерно 17 см (частота 1800 МГц), что как раз соответствует обычному диаметру человеческой головы. Поэтому органы здравоохранения Великобритании, вполне возможно, поступают разумно, рекомендуя детям и подросткам воздержи­ваться от пользования мобильными телефонами.

Другим источником интенсивных микроволн являются бы­товые микроволновые печи для приготовления пищи. Как пра­вило, они излучают на частотах около 3 ГГц или выше, то есть с

142 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

длинами волн менее 10 см, и это излучение прекрасно захваты­вается органическим веществом приготовляемых продуктов. Само собой, кванты этого излучения не отличают живую орга­ническую ткань от мёртвой. Защитные сетки-экраны в дверцах микроволновых печей ослабляют излучение не более чем вдвое. Поэтому, если вы находитесь перед дверцей печи на расстоянии в 1 м, то уровень облучения, воздействующий на вас, всего в 200—500 раз ниже, чем тот, что действует на приготовляемые продукты. Комментарии излишни!

Чем короче длины волн, тем выше энергия отдельных кван­тов излучения. Излучение с длинами волн от 1 мм до 0,77 мкм (инфракрасное излучение) воспринимается нами как тепловое излучение. Видимый свет занимает сравнительно узкую область от 0,39 до 0,77 мкм. Мягкое ультрафиолетовое излучение застав­ляет нашу кожу защищаться — возникает загар. К контактам с этими видами излучения биота не только приспособилась, но использует их как источник энергии33. От опасного для всего живого жесткого ультрафиолета и ещё более жестких видов ра­диации, приходящих из космоса, — потоков частиц и квантов рентгеновского и у-излучения — поверхность Земли защищена верхней атмосферой. В естественных условиях на поверхности Земли присутствует только фоновая радиация, часть которой (от 20 до 50 %) имеет космическое происхождение, а остальное есть следствие распада радиоактивных элементов, находящихся в земной коре.

4.6. Радиация, радиоактивное загрязнение и атомная энергетика

Два основных типа ионизирующей радиации (излучения) стали известны науке почти одновременно. Анри Беккерель (Becquerel, 1852—1908) открыл явление радиоактивности в 1896 г. и стал первым человеком, явно пострадавшим от радиоактивно­го облучения. Всего годом ранее, в 1895 г., Вильгельм Рентген (Rontgen, 1845—1923) открыл рентгеновские лучи.

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды

143


Естественное радиоактивное излучение земного происхожде­ния вызывается распадом нестабильных атомных ядер и практи­чески полностью состоит из а(альфа)-частиц, р(бета)-частиц и у (гамма)-квантов. Из известных в настоящее время примерно 1700 видов атомных ядер (нуклидов) только 270 представляют собой стабильные изотопы, все остальные — подвержены радио­активному распаду. Нестабильные изотопы называются радио­нуклидами. Атомное ядро содержит частицы двух видов — поло­жительно заряженные протоны и не имеющие заряда нейтроны. Естественная нестабильность атомных ядер обычно обусловлена избытком нейтронов, поэтому радиоактивные изотопы сосредо­точены, главным образом, в нижней части таблицы Менделеева. Радиация космического происхождения и антропогенное радио­активное излучение, связанное с развитием атомной энергетики, широким использованием радионуклидов в медицине и про­мышленности и производством и испытаниями ядерного ору­жия, может, помимо перечисленных частиц, содержать потоки нейтронов, протонов и осколки атомных ядер.

При а(альфа)-распаде ядро испускает а-частицу (ядро ге­лия), состоящую из двух протонов и двух нейтронов. Так как ядро теряет при этом два элементарных заряда, то образуется до­чернее ядро, имеющее в таблице Менделеева номер, на две еди­ницы меньший, чем материнское ядро. При р(бета)-распаде один из нейтронов ядра превращается в протон, при этом из ядра вылетают (3-частица — электрон, обладающий большой ки­нетической энергией, и антинейтрино — нейтральная частица, возможно даже не имеющая массы покоя34. Дочернее ядро полу­чает дополнительную единицу заряда и соответственно номер в таблице Менделеева на единицу больший, чем материнское ядро. Третий тип распада связан с захватом ядром одного из электронов внутренней электронной оболочки атома, в результа­те чего один из протонов ядра становится нейтроном. Дочернее ядро в этом случае имеет номер на единицу меньший материн-

33 Это прежде всего обусловлено тем, что энергия квантов у этих типов излу­чения недостаточна для ионизации любых атомов в отличие от рентгеновского и радиоактивного излучений.

34 Нейтрино и антинейтрино (не путать с нейтроном!) столь малы и неулови­мы, что первоначально гипотеза об их существовании была высказана лишь на основе твёрдой уверенности физиков в незыблемости закона сохранения энер­гии. Эти частицы не имеют заряда, и до сих пор неизвестно, есть ли у них масса покоя. Потоки этих частиц во Вселенной очень велики, но они обладают огром­ной проникающей способностью и почти не захватываются материальными те­лами. Отсюда — их безвредность для живой ткани и огромные трудности экспе­риментального обнаружения.

144 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

ского. При всех типах распада дочернее ядро может остаться в возбуждённом состоянии. Возбуждённое ядро сбрасывает избы­ток энергии, испуская высокоэнергичный квант электромагнит­ного излучения — у(гамма)-квант с длиной волны короче 10~'2 м. Скорости, и соответственно кинетическая энергия, испускаемых а~ и р-частиц велики: скорость а-частиц около 107 м/с, а ско­рость электронов приближается к скорости света.

Скорости распада различных изотопов сильно различаются, а сам распад носит абсолютно случайный характер и в широчай­ших пределах не зависит от внешних воздействий — температу­ры, давления, электромагнитных и гравитационных полей и т. д. Когда количество атомов в образце изотопа велико, то распад в среднем происходит по закону



Чем меньше период полураспада, тем выше радиоактивность изотопа.

И радиоактивное, и рентгеновское излучение способны раз­рывать внутримолекулярные связи и вызывать образование ионов в окружающем веществе, поэтому их называют ионизирую­щим излучением. Именно способность к ионизации среды испо­льзовалась изначально для оценки интенсивности излучения. Для количественной характеристики активности источника из­лучения и интенсивности его воздействия были введены соот­ветствующие внесистемные единицы измерения, широко ис-



146 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

3 — для медленных нейтронов, 10 — для протонов и быстрых нейтронов, 20 — для а-частиц и осколков деления атомных ядер.

Если поглощённая доза выражена в радах, то соответствую­щей единицей эквивалентной дозы будет служить бэр (аббревиа­тура от «биологический эквивалент рада»).

С 1980 г. были введены в употребления следующие единицы измерения СИ:



Проникающая способность ионизирующего излучения суще­ственно зависит от его типа (рис. 4.11).

Проникающая способность у-квантов очень велика: их за­держивает только толстая свинцовая или бетонная плита. Поэто­му защита от внешнего гамма-излучения представляет наиболь­шие проблемы.

Бета-излучение обладает меньшей проникающей способно­стью. Электроны при наружном облучении способны проникать в ткани организма не более чем на 1—2 см. Защититься от этого излучения при внешнем источнике можно сравнительно легко. В принципе бета-частицы задерживаются плотной одеждой и неповрежденной кожей. Однако, когда бета-активные радионук-



Рис. 4.11. Три вида естественного радиоактивного излучения и их проникающая

способность

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды 147

лиды попадают внутрь организма при дыхании {респираторным путём) или с водой и пищей, испускаемые ими бета-частицы интенсивно поглощаются внутренними тканями организма. Воз­никающие при этом в тканях организма разрушения значитель­но превосходят таковые от гамма-излучения.

Альфа-частицы легко задерживаются листом бумаги и верх­ним слоем нашей кожи — эпидермисом. Малая проникающая способность а-излучения означает его особо сильное воздейст­вие на облучаемые ткани — недаром для него Ко^ = 20 в форму­ле (4.7)! Поэтому попадание внутрь организма а-излучающих ве­ществ с водой, пищей или дыханием наиболее опасно.

Различные ткани организма обладают не одинаковой чувст­вительностью к радиационным повреждениям. Чтобы это учесть, для оценки уровня воздействия радиации на организм вычисля­ется (в зивертах или бэрах) эффективная эквивалентная доза, в которой дозы облучения органов и тканей рассчитываются с ! различными коэффициентами, а затем суммируются. Установле­но, что наибольшей чувствительностью к облучению обладают ' хрусталик глаза, половые органы, молочные железы, лёгкие и костный мозг (основной орган кроветворения).

Эффективная эквивалентная доза отражает суммарный эф­фект облучения для всего организма, но характер поражения за­висит не только от типа и локализации облучения, но при внут­реннем облучении и от изотопного состава источника. Напри­мер, радиоактивные изотопы йода при попадании в организм : концентрируются в мало чувствительной к внешнему облучению щитовидной железе с самыми тяжёлыми последствиями. Изотоп стронция Sr90, радий Ra (стронций и радий химически близки кальцию) и актиниды накапливаются в костях, а потому воздей­ствуют на костный мозг и состав крови, вызывая злокачествен­ную лейкемию (рак крови).

Основные механизмы воздействия излучения на ткани носят | двоякий характер. Во-первых, может нарушаться структура ДНК, то есть генетический аппарат клетки. Это непосредствен­но приводит к онкологическим заболеваниям и наследственным заболеваниям потомства (или к невозможности его иметь вооб­ще). Во-вторых, излучение ионизирует молекулы воды, содержа­щейся в тканях (напомним, что вода составляет примерно 75 % массы тела человека). При этом образуются свободные ОН-ра-дикалы, сильнейшие окислители, разрушающие молекулы бел­ков и других органических соединений. В силу того что клетки

148 Часть Н. Природопользование и экологическая безопасность

особо уязвимы в процессе деления, эмбрионы и дети наиболее чувствительны к облучению.

После прекращения наземных испытаний ядерного оружия в 1963 г. естественные источники радиации стали основным ис­точником облучения для подавляющего большинства жителей Земли. Уровень этого естественного радиоактивного фона сильно зависит от местности и конкретных условий жизни.

На уровне моря мощность эффективной эквивалентной дозы от космического радиационного фона составляет примерно 0,3 мЗв/год (1 мЗв = 10-3 Зв). Этот фон несколько повышается у полюсов из-за отклоняющего заряженные частицы магнитного поля Земли и в высокогорных местностях, где на высоте 2000 м мощность дозы от него достигает 1 мЗв/год. Пассажиры и эки­паж авиалайнера на высоте 10 км получают около 0,01 мЗв/час.

Радиационный фон земного происхождения создают радио­активные изотопы, содержащиеся в горных породах, и продукты их распада. К ним относятся радиоактивные изотопы калия К40 и рубидия Rb87, а также члены радиоактивных семейств, беру­щих начало от долгоживущих изотопов урана U238 и тория Тп232, входящих в состав горных пород Земли с самого её образования. В среднем доза, получаемая жителями Земли от этого источни­ка, составляет примерно 1,7 мЗв/год.

Таким образом, суммарная доза, получаемая жителем Земли, составляет в среднем около 2 мЗв/год. Значительные группы на­селения Земли получают около 5 мЗв/год без всяких вредных последствий. Это значение и рекомендовано Международной комиссией радиационной защиты в качестве предельно допусти­мой дозы для населения в целом. Для ежегодного профессиона­льного облучения (врачи и медицинские сестры — рентгенологи, лица работающие с радиоактивными веществами, персонал атомных электростанций АЭС) установлено предельно допусти­мое значение 50 мЗв/год. Существенно, что указанные годовые дозы должны быть равномерно распределены по времени.

Живые организмы обладают прекрасными механизмами под­держания своего гомеостаза, в том числе компенсации любых вредных внешних воздействий. Иммунная система организма уничтожает клетки, разрушенные или повреждённые радиацией. Пока скорость возникновения повреждений меньше скорости работы компенсаторных механизмов организма, он справляется с повреждениями. Отсюда следует, что важна не столько сама получаемая доза, сколько мощность дозы. Наиболее опасно

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды 149

кратковременное, в течение минут, облучение большой интен­сивности. На рис. 4.12 показаны зависимости чувствительности различных биологических видов к мощному однократному облу­чению. При получении этих зависимостей считалось, что доза является смертельной, если организм млекопитающего погибает в течение 30 дней после облучения. Из рис. 4.12 видно, что ин­дивидуальная устойчивость к облучению внутри каждого вида



Рис. 4.12. Зависимости процентной доли особей, выживших после однократного одномоментного облучения, от эквивалентной дозы облучения. Высшие биоло­гические виды в десятки и сотни раз чувствительнее к облучению, чем членисто­ногие, простейшие, улитки и большинство бактерий. Человек — один из наибо­лее чувствительных к облучению биологических видов. Кривая для организма человека верифицирована по данным о лучевом поражении жителей Хиросимы и Нагасаки после атомных бомбардировок

150 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

имеет большой разброс. При дозе 3,5 Гр, равномерно распре­делённой по всему организму, погибает 10 % крыс с высокой чувствительностью к облучению, и в то же время 15 % крыс вы­живает при дозе в 7 Гр. Опасность однократного облучения можно характеризовать абсолютно летальной DLIOO и среднесмер-тельной дозой DL50 облучения (см. п. 4.1). Принято считать, что для человека DL100 s 7 Гр и DL50 = 3,5 Гр.

При мощности дозы, соответствующей природному фону, иммунная система абсолютного большинства людей способна полностью компенсировать лучевые повреждения тканей. По мере роста мощности дозы иммунная система перестаёт успевать справляться со своими обязанностями, и наиболее страшным следствием этого оказываются онкологические заболевания, ко­торые могут проявиться спустя много лет после облучения (рис. 4.13). Разовые дозы, превышающие 1 Гр, вызывают острую лучевую болезнь, при которой человек может погибнуть в тече­ние одного-двух месяцев в основном из-за поражения костного мозга. При разовых дозах, превышающих 5—7 Гр, смерть насту­пает в течение нескольких дней вследствие внутренних кровоиз­лияний и поражения центральной нервной системы.

Что касается генетических последствий облучения, то здесь частота мутаций у потомства, скорее всего, пропорциональна



Рис. 4.13. Относительная вероятность заболевания раком в результате получения однократной дозы в 1 Гр при равномерном облучении всего тела. Прежде всего развиваются лейкозы. Опухоли развиваются позже, и вероятность их возникнове­ния больше, но пока нет достаточной информации, чтобы уточнить эту кривую

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды 151

мощности дозы, полученной родителями, и, следовательно, лю­бое хроническое превышение над фоновым уровнем радиации увеличивает риск возникновения мутаций, которые могут пере­даваться из поколения в поколение. Согласно существующим оценкам, хроническое облучение с мощностью дозы 0,03 Гр/год человеческих особей мужского пола ведёт к появлению от 2000 до 15 000 случаев серьёзных генетических заболеваний на каж­дый миллион рождений. Вместе с тем не выявлено статистиче­ски значимого увеличения числа наследственных заболеваний у потомков лиц, подвергшихся кратковременному переоблучению. Для появления генетических аномалий облучение, видимо, дол­жно непосредственно воздействовать на половые клетки или за­родыш.

Главный вклад в фоновое облучение создаёт инертный ра­диоактивный газ радон естественного происхождения и продук­ты его распада. В природе встречаются два изотопа этого газа: Rn222 входит в семейство изотопов радиоактивного ряда урана U238 (рис. 4.14), a Rn220 входит в семейство тория Th232 (поэтому иногда его называют тороном).



Рис. 4.14. Схема части радиоактивного семейства урана-238, содержащей ра-дон-222 и продукты его распада. Указаны типы распада и периоды полураспада (сплошные стрелки). Штриховые стрелки означают достаточно длинные ряды превращений, и на них указаны максимальные периоды полураспада в ряду. Вы­делившийся в виде газа радон попадает в воздух, где химически активные метал­лы - продукты его распада (полоний, висмут и свинец) почти мгновенно оседа­ют на аэрозольных частицах

152 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

Основную роль играет Rn222 и продукты его распада. Радон — тяжёлый газ, примерно в 7,5 раз тяжелее воздуха. Он постоянно и повсеместно просачивается из земной коры в атмосферу, имея тенденцию скапливаться в плохо вентилируемых низко располо­женных местах и помещениях. Сам по себе радон в силу своей химической инертности в лёгких не задерживается, а внешнее а-облучение от него легко экранируется одеждой и эпидерми­сом. Но короткоживущие продукты его распада — радиоактив­ные изотопы полония, свинца и висмута — практически мгно­венно после образования оседают на аэрозольных частицах и вместе с ними попадают и задерживаются в лёгких. Именно та­ким образом мы получаем около 50 % фонового облучения. Многие строительные материалы — гранит, цемент, бетон, гли­нозёмы — неизбежно содержат следовые количества урана, то­рия и продуктов их распада, а потому постоянно выделяют в воздух радон. Если эти помещения плохо проветриваются, что особенно характерно для современных теплосберегающих строе­ний, то концентрация радона в них может в сотни раз превы­шать его концентрацию в наружном воздухе. Радон может также скапливаться в подвалах и на первых этажах деревянных зданий, куда просачивается непосредственно из почвы. В последние годы было установлено, что в результате скопления радона люди, постоянно работающие или живущие в таких зданиях, мо­гут получать облучение с мощностью дозы до 100 и более мГр/год, что значительно превышает любые установленные нор­мы безопасности.

Не только строительные материалы, но и практически лю­бые ископаемые ресурсы неизбежно содержат в небольших кон­центрациях радионуклиды. В большинстве случаев при добыче и использовании эти нуклиды не рассеиваются в окружающей сре­де. Основным исключением является уголь, сжигаемый без зо­лоулавливания, то есть в домашних печах, малых отопительных котлах и т. п. В этом случае вместе с дымом происходит рассея­ние содержащихся в угле долгоживущих радиоизотопов.

В настоящее время антропогенные источники радиации пред­ставляют опасность в глобальном, региональном и локальном масштабах.

В глобальном масштабе угрозу составляет само существова­ние больших запасов ядерного оружия и, особенно, появление новых ядерных держав, а также возможность попадания ядерных материалов в руки террористических организаций. Экологиче-

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды

153

ские последствия мирового ядерного конфликта трудно предска­зуемы. Один из сценариев развития событий — «ядерная зима», другие сценарии предполагают иные, но не менее трагические ва­рианты развития событий. В любом случае биосфера в её нынеш­нем виде погибнет, а что касается человечества, то, по меткому замечанию А. Эйнштейна, «четвёртую мировую войну человече­ство будет вести дубинами», если хоть кто-нибудь сумеет уцелеть. Локальный ядерный конфликт, а также возобновление мас­совых испытаний ядерного оружия несут в себе весьма серьёзную угрозу для экосистем и населения в пределах несколь­ких сот километров. При ядерных взрывах в атмосфере образу­ются сотни видов радионуклидов, которые рассеиваются и пере­носятся не только в тропосфере, но и в нижних слоях стратос­феры, а потом выпадают на поверхность Земли. Большинство из этих радионуклидов либо быстро распадается, либо изначально имеет ничтожную концентрацию, и основной вклад в радиоак­тивные выпадения от взрывов дают: изотоп углерода С14 (р-рас-пад, Т1/2 = 5730 лет), изотоп циркония Zr95 (Т]/2 = 64 дня), изотоп цезия Cs137 (Г1/2 = 30 лет) и изотоп стронция Sr90 (р-распад, Т{/2 = 29 лет). Изотопы углерода и циркония играют небольшую роль, первый из-за сравнительно низкой активности, второй из-за быстрого распада и исчезновения. Наиболее опасны ра­дионуклиды Csi37h Sr90, так как они имеют и сравнительно высо­кую активность (обоим свойственен р-распад), и значительное время жизни. Оба они принадлежат к группам наиболее химиче­ски активных металлов, жадно захватываемых живыми организ­мами и встраиваемых в биохимические циклы. Попадая в орга­низм человека (и других животных) в основном с пищей и во-; дой, цезий как щелочной металл распределяется по всем органам равномерно, а стронций накапливается в костях, пора­жая костный мозг. Так как интенсивный приток этих изотопов в биосферу прекратился более 40 лет назад, их вклад в глобальное радиоактивное загрязнение сейчас уже ничтожен, но в местах, где проводились испытания, загрязнение очень велико до сих пор36.

Источником радиоактивного загрязнения, вокруг которого кипят общественные страсти, являются атомные электростанции (АЭС), хотя при нормальной работе выбросы радиоактивных ве-

36 В своё время атмосферные ядерные испытания привели к росту глобаль­ного радиационного фона на 7 %, в 2000 г. вклад ядерных испытаний в радиаци­онный фон составил уже менее 1 %■

154 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

ществ от них несущественны. К настоящему времени в мире ра­ботает около 400 атомных энергетических установок, дающих примерно 15 % мирового производства электроэнергии.

Сами атомные станции — это только часть ядерного топлив­ного цикла, который начинается с добычи и обогащения урано­вых руд. Около 50 % урановых руд добывается в шахтах, осталь­ные — открытым способом. Обогатительная фабрика строится рядом с рудником. Рудники и обогатительные фабрики — источ­ник интенсивного долговременного радиоактивного загрязне­ния. При переработке руды образуется огромное количество от­ходов — «хвостов». К настоящему времени в мире их скопилось сотни миллионов тонн, и они будут оставаться активными мил­лионы лет. К счастью, удельная активность на единицу массы этих отходов невелика, и они консервируются без чрезмерных затрат. Далее урановый концентрат, полученный из обо­гащенной руды, на специальных заводах дополнительно очища­ется, и из него производится ядерное топливо. При переработке образуются газообразные и жидкие отходы, дозы облучения от которых много меньше, чем на остальных этапах ядерного топ­ливного цикла. Готовое топливо поступает на АЭС.

На современных АЭС используется около десятка типов ядерных реакторов, и уровень радиоактивных выбросов у них за­висит не только от типа и конструкции, но и существенно раз­личается даже для одного и того же реактора. Реакторы снабже­ны мощными очистными устройствами, и в нормальных режи­мах их выброс состоит главным образом из радионуклидов инертных газов.

Последняя стадия ядерного топливного цикла — переработка и захоронение отходов АЭС. Отходы АЭС сами по себе являются достаточно ценным сырьём для получения ядерного топлива — плутония. Поэтому значительная часть отходов до захоронения подвергается переработке для его извлечения. Само захороне­ние, пожалуй, наиболее сложная проблема во всём цикле. При распаде нуклидов в отходах выделяются благородные газы, кото­рые неизбежно будут пытаться вырваться из захоронений. Поэ­тому захоронения не могут строиться абсолютно герметичными, а должны иметь вентиляцию. Активность отходов АЭС очень ве­лика и спадает медленно. Поэтому конструкция и технология за­хоронений должны обеспечивать их целостность в течение де­сятков и сотен тысяч лет. Наилучшим, хотя и дорогим подходом, является технология отверждения отходов с последующим захо-

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды

155

ронением на больших глубинах в геологически стабильных райо­нах. Вместе с тем суммарный физический объём отходов АЭС относительно мал, что несколько облегчает задачу.

При отсутствии крупных аварий топливный цикл всех АЭС в целом даёт прибавку к естественному фону не более 0,5 % в среднем по земному шару и примерно 1—3 % в непосредствен­ной близости к АЭС и другим предприятиям, с ними связанным. Дополнительные дозы, которые получает население за счёт по­вышенных концентраций нуклидов в строительных материалах, рентгенологических обследований и сжигания каменного угля, гораздо выше. Небрежное обращение с аппаратурой, содержа­щей высокоактивные изотопы, например с промышленными у-дефектоскопами, может представлять ещё большую опасность на локальном уровне. Особо здесь следует выделить случаи, ког­да предприятия из экономии или по небрежности не принимают специальных мер по утилизации подобных источников излуче­ния, отслуживших свой срок, а просто выбрасывают их на свал­ки общего назначения, а то и где попало.

Основной и весьма серьёзной проблемой ядерной энергетики является возможность крупных «нештатных» или «сверхпроект­ных» аварий37, при которых события развиваются неожиданным образом. За полвека с лишним развития ядерных технологий наиболее крупными авариями со значительными выбросами в окружающую среду были: авария реактора в Уиндскейле (Вели­кобритания, 1957 г.), две аварии на Южном Урале (тепловые взрывы ёмкостей для ядерных отходов, 1957 и 1967 гг.), авария на атомной электростанции в Три-Майл-Айленде (США, 1979 г.) и авария на Чернобыльской атомной станции (Украина, 1986 г.).

Крупнейшей из этих аварий была чернобыльская, давшая ги­гантский выброс радиоактивного материала в окружающую сре­ду, сравнимый только с поступлением радионуклидов от испыта­ний ядерного оружия (рис. 4.15). Это отнюдь не означает, что та­кая авария сопоставима с этими испытаниями по своим последствиям, — слишком велики отличия в изотопном составе выброса, длительности и условиях его формирования и распро­странения. Именно после чернобыльской аварии радиофобия во всём мире приобрела гораздо большие масштабы, чем даже во времена ядерных испытаний в атмосфере. Между тем имеющие-


37 Во всех случаях аварии были связаны с пожарами, утечками и тепловыми, а не ядерными взрывами. Ядерный взрыв атомного реактора невозможен.

156 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность



Рис. 4.15. Выбросы долгоживущих радионуклидов в биосферу от различных ис­точников, выраженные в мегакюри (миллионах кюри). Приведены две оцен­ки — минимальная и максимальная. Выброс от атомной энергетики включает выбросы на всех этапах производственного цикла и от всех аварий, кроме чер­нобыльской

ся данные о последствиях этой аварии крайне противоречивы. Разброс оценок числа жертв облучения просто изумителен. Раз­личаются даже сведения о точном количестве погибших непо­средственно от острой лучевой болезни сотрудников АЭС и по­жарных, пытавшихся погасить огонь на открытом реакторе. На­пример, по данным Научного комитета по действию атомной радиации ООН, всего от лучевой болезни умерло 45 человек, и риск фатальных онкологических заболеваний в течение 10 лет составляет не более 670 человек. А по утверждению некоторых авторов публикаций в средствах массовой информации за 13 лет от лучевой болезни погибло 100 тысяч человек, а всего от послед­ствий аварии — 200 тысяч. Первая из этих оценок представляет­ся, возможно, несколько заниженной, но достаточно близкой к истине. Это подтверждается статистикой, полученной при обсле­довании жертв атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки и

Глава 4. Загрязнение окружающей среды_____________157

При медицинском наблюдении за персоналом многочисленных объектов атомной промышленности во всём мире. Если судить по обобщённым данным, приведенным на рис. 4.13, то к этим жертвам чернобыльской катастрофы в течение 2002—2012 годов добавится ещё несколько тысяч случаев онкологических заболе­ваний, однако ни о каких сотнях или десятках тысяч жертв не может быть и речи. Некоторый рост числа заболеваний может быть связан и с тем, что в силу экономических и психологиче­ских причин много жителей отказалось от отселения из мест с повышенным уровнем радиации. Нарушаются и ограничения, наложенные на выпас скота и другое сельскохозяйственное ис­пользование земель, заражённых выпавшими радионуклидами.

Таким образом, основная проблема, возникающая при раз­витии атомной энергетики, — это предупреждение крупных ава­рий. Полученный опыт показывает, что все аварии, включая чернобыльскую, были связаны с грубыми нарушениями инст­рукций по технике безопасности, ошибками и небрежностью персонала, неграмотными распоряжениями и неразберихой при противоаварийных мероприятиях. Огромный ущерб наносят и попытки скрывать и тем более фальсифицировать фактическое положение дел.

Там, где на АЭС и других предприятиях ядерного цикла ца­рит порядок, а невозможность больших выбросов радиоактивно­го материала при любой аварии заложена в конструкции исполь­зуемых реакторов, атомная энергетика успешно развивается без серьёзных инцидентов. Такова ситуация во Франции, где АЭС вырабатывают более 75 % всей электроэнергии, в Японии, Бель­гии, Швеции, Канаде и ряде других стран. Уровни и опасности загрязнения от других источников энергии, таких как тепловые электростанции на ископаемом горючем, гораздо выше, чем от атомной энергетики. Неизбежный переход к строительству АЭС с реакторами-размножителями на быстрых нейтронах даст не то­лько практически неограниченный запас энергетического сырья, Но и резко снизит потенциальную аварийность АЭС.

4.7. Аварии как источники загрязнения

Не только атомный реактор, но и любой агрегат, содержа­ний в сконцентрированном виде опасные вещества и (или) энергию, является потенциально аварийным. Среди аварийных

158 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

антропогенных воздействий на экосистемы можно выделить не­сколько особо опасных. К ним относятся:

• аварии на атомных электростанциях и химических пред­приятиях;

• аварии при транспортировке горючих, радиоактивных и ядовитых веществ;

• прорывы водоочистных сооружений и нефтепроводов;

• обширные лесные пожары;

• аварии танкеров и нефтедобывающих платформ.

Каждая из крупных аварий имеет «своё собственное лицо», однако можно выделить одну их характерную черту. Почти все страшные аварии, пожары и катастрофы есть следствие прене­брежения мерами безопасности при проектировании, строитель­стве или эксплуатации опасных объектов. Приведём примеры.

Большую опасность для людей и природных экосистем пред­ставляют собой химические реакторы и хранилища продукции. В большинстве случаев на подобных предприятиях имеют место постоянные утечки опасных ядовитых веществ, но к особо страшным последствиям ведут аварии. Самая тяжёлая катастро­фа в химической промышленности произошла ночью со 2 на 3 декабря 1984 г. в городе Бхопала (Индия) на заводе дочерней фирмы американской корпорации «Юнион карбайд». Из-за не­исправности системы охлаждения и аварийной сигнализации из ре­зервуара, содержавшего более 40 тонн метилизоцианата, в тече­ние двух часов в атмосферу выбрасывались его пары при темпе­ратуре примерно 200 °С и под давлением более 10 атмосфер. Метилизоцианат CH3NCO — сильный яд, служивший промежу­точным продуктом для производства пестицидов, используемых для уничтожения сельскохозяйственных вредителей и перенос­чиков опасных заболеваний. Молекулярный вес CH3NCO равен 57, и его пары почти вдвое тяжелее воздуха. Вертикальное пере­мешивание воздуха ночью было слабым, и ядовитое облако сте­лилось над спящим городом. В общей сложности от отравления погибло более 3500 человек, не менее 30 000 стали инвалидами, а общее число пострадавших непосредственно от аварии соста­вило около полумиллиона. Кто бы ни был виноват в этой ава­рии, но она, безусловно, явилась следствием пренебрежения тех­никой безопасности, как со стороны проектировщиков, так и со стороны персонала.

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды

159

Огромную опасность для водных экосистем и биосферы в це-д представляют разливы нефти и нефтепродуктов. При авариях нефтеналивных танкеров и нефтедобывающих платформ в море внезапно попадают гигантские количества нефти, растекающиеся по поверхности воды и переносимые течениями на сотни кило­метров. Каждая такая авария приводит к массовой гибели морских организмов от планктона до крупных рыб, птиц и морских млеко­питающих на площадях в тысячи квадратных километров и за­грязнению десятков километров берега. Более половины мирового экспорта нефти перевозится танкерами. В настоящее время в мире эксплуатируется более 1000 гигантских супертанкеров, каждый из которых способен перевозить более 100 000 тонн нефти. Ежегодно происходит около ста аварий танкеров, в том числе до 20 тяжёлых, и, согласно статистическим данным, 60 % из них происходит вследствие небрежности или ошибок персонала. Только у входа в пролив Ла-Манш произошли две гигантские аварии. 18 марта 1967 г. танкер «Торри Каньон» сел на мель, и в море попало около 120 тысяч тонн нефти, а 16 марта 1978 г. при сходной аварии тан­кера «Амоко Кадис» разлилось более 200 тысяч тонн нефти. 24 ав­густа 1989 г. у берегов Аляски сел на риф танкер «Экссон Валдиз», из которого вытекло 45 тысяч тонн нефти, покрывшей около 1500 км2 акватории. Последствия подобных аварий наблюдаются и спустя десятилетия. Все эти аварии происходили при хорошей пого­де и исключительно по халатности владельцев и экипажей. Доста­точно сказать, что капитан танкера «Экссон Валдиз» в момент ка­тастрофы был просто беспробудно пьян!

Анализ большинства катастроф показывает, что, как прави­ло, проектировщики, производя свои расчёты, пренебрегают «человеческим фактором» и предполагают катастрофическую аварию невозможной, основываясь на гипотезе, что в процессе эксплуатации их инструкции не будут серьёзно нарушаться. Эта ошибочная гипотеза дорого обходится человечеству!

4.8. Глобальные проблемы: рост парникового эффекта и разрушение озонового слоя

Среди огромного разнообразия загрязнителей, выбрасывае­мых человеком в природную среду, почти безобидные на первый Взгляд вещества (по сравнению с бенз(а)пиреном или тяжёлыми Металлами) могут оказаться наиболее опасными для биосферы в

160 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

целом. Это — углекислый газ, метан, а также окислы азота и хлор-фторуглеводороды38, главным образом фреоны CF2C12 и CFC13, ши­роко использовавшиеся в холодильной технике и в аэрозольных баллончиках-распылителях дезодорантов, инсектицидов и т. д. Дело в том, что все эти вещества играют огромную роль в форми­ровании парникового эффекта, а окислы азота и хлорфторуглево-дороды способны разрушать стратосферный озоновый слой39.

Выше, в главе третьей, роль парникового эффекта и значе­ние озонового слоя были подробно рассмотрены. Парниковый эффект — это в принципе весьма благоприятное явление приро­ды, так как благодаря нему сохраняется тепло на поверхности Земли, и она может быть обитаемой. Однако если газовое одеяло Земли станет слишком хорошо сохранять тепло из-за роста кон­центрации в атмосфере парниковых газов, прежде всего СО2, то это вызовет неизбежные серьёзные изменения климата. Концен­трация СО2 увеличивается вследствие сжигания огромных коли­честв ископаемого топлива и сведения лесов (рис. 4.16). При­мерно 40 % этого выброса поглощает мировой океан, но его способность достаточно быстро удалять избыток СО, из атмо­сферы недостаточна.

Наряду с выбросом парниковых газов хозяйственная деяте­льность ведёт к попаданию в атмосферу огромного количества аэрозольных частиц. Воздействие частиц на климат неоднознач­но. С одной стороны, они отражают определённую долю прихо­дящей лучистой энергии обратно в космос, с другой стороны, они поглощают эту энергию, что ведет к нагреванию атмосферы. Осаждаясь на поверхность полярных шапок, они уменьшают альбедо, способствуя потеплению. В целом антропогенные аэро­зольные частицы, скорее всего, уменьшают поток солнечной энергии, достигающий поверхности Земли, и действуют как ох­лаждающий фактор.

Человечество сформировалось и освоило Землю в относите­льно холодную климатическую эпоху. Как правило, климат Зем­ли был теплее современного. Переходы от холодных эпох к тёплым и обратно происходили очень быстро, но только по гео­логическим меркам. Поэтому глобальное потепление нельзя

38 К этим малым антропогенным газовым составляющим относятся- ССЦ. СН3С1, СН2С12, СНС13, CF2C12 и CFC13.

39 Определённую роль в усилении парникового эффекта играют и повышен­ные концентрации «нижнего», тропосферного озона.

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды 161



Рис. 4.16. Относительная роль различных газов в увеличении парникового эф­фекта и изменения средней концентрации углекислого газа в атмосфере Земли во второй половине XX века

было быстро обнаружить. Однако в конце XX и начале XXI века появились его явные признаки:

• систематическое повышение глобальной среднегодовой температуры с 1970 г. в среднем примерно на 0,013 °С в год;

• 9 наиболее жарких лет на планете в XX веке пришлись на период 1980-2000 гг.;

• резко увеличилась скорость схода ледников с ледяных щи­тов Антарктиды и Гренландии с образованием особо круп­ных айсбергов, по площади превосходящих небольшие страны Европы;

• площадь ледяного щита Северного Ледовитого океана, по данным спутниковых наблюдений, сократилась на 10 %;

• свободный ото льда сезон на канадских озёрах сократился на три недели (по другим водоёмам умеренных широт про­сто нет систематических данных).

Быстро развивающееся глобальное потепление — отнюдь не благо, а грозит человечеству многими бедами:

• потепление будет происходить неравномерно — в поляр­ных областях сильнее, чем в экваториальных, поэтому произойдёт смена направлений океанических течений, ветров и перераспределение осадков;

6 - 7841 Гальперин

162 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

• согласно некоторым расчётам, Гольфстрим может ослабеть и отодвинуться от берегов Европы, что приведёт к превра­щению мягкого европейского климата в резко континен­тальный с очень жарким летом и холодными зимами;

• произойдёт таяние огромного количества льда, что вызо­вет подъём уровня воды в океане и затопление обширных областей суши; в тундрах растает вечная мерзлота, и они превратятся в гигантские области солоноватых болот;

• в результате перераспределения осадков сдвинутся к по­люсам климатические зоны, и наиболее плодородные и важные для сельского хозяйства регионы, такие как степи Украины, Северного Казахстана, Южной Сибири, прерии в Соединенных Штатах и пампасы Южной Америки, ско­рее всего, превратятся в безводные пустыни;

• значительная часть избытка поглощённой солнечной энер­гии до перехода в тепло будет расходоваться на усиление атмосферной циркуляции (см. рис. 3.4 в гл. 3), что вызовет увеличение числа и рост мощности ураганов, смерчей и тому подобных разрушительных природных явлений.

Вопрос о причинах глобального потепления вызывает споры в научной среде. Одни учёные склонны рассматривать глобаль­ное потепление как обычное природное явление, много раз про­исходившее в истории нашей планеты, а рост концентрации уг­лекислого газа в атмосфере — не как причину, а как следствие того обстоятельства, что растворимость СО2 в воде (и, следова­тельно, в мировом океане) и площади полярных шапок Земли падают с ростом температуры. По мнению этих учёных, антро­погенный выброс парниковых газов не играет в этом процессе существенной роли.

Другие специалисты, напротив, увязывают потепление на­прямую именно с антропогенной эмиссией парниковых газов.

Наиболее обоснованной представляется третья точка зрения, состоящая в том, что рост концентрации парниковых газов и средней температуры на планете — взаимозависимые процессы, ускоряющие друг друга. Климатическая система имеет несколь­ко устойчивых состояний, но области устойчивости этих состоя­ний сравнительно невелики (см. рис. 1.13 и комментарий к нему в гл. 1). Поэтому даже относительно небольшое по сравнению с природными процессами антропогенное воздействие способно вывести климат из одного равновесного состояния и спровоци-



пличём один атом окисленного азота, многократно участвуя в этих реакциях способен вызвать разрушение сотен и тысяч мо-

ЛеКУПоОд3обНнЬш же образом, но ещё более активно, озон разруша­ется атомарными галогенами - хлором и фтором, образующими­ся при разрушении ультрафиолетом хлорфторуглеводородов или

164 Часть II. Природопользование и экологическая безопасность

попадающими в стратосферу естественным путём при изверже­ниях вулканов. Хлорный цикл разрушения озона имеет вид:



Один атом галогена может разрушить до 10 млн молекул озо­на, поэтому даже ничтожные концентрации хлорфторуглеводоро-дов опасны для озонового слоя. К настоящему времени в мире произведено более 10 млн тонн фреонов, и это настоящая хими­ческая бомба замедленного действия и глобального масштаба. Дело в том, что основное преимущество фреонов — химическая инертность (они не ядовиты, не горючи, не растворимы и не вы­зывают коррозии) — приводит к тому, что они практически не поддаются утилизации и в конце концов попадают в тропосферу, где их время жизни составляет десятки, а может быть, и сотни лет и определяется их медленной диффузией из тропосферы в стра­тосферу. И только в стратосфере под действием жесткого ультра­фиолета они разлагаются, выделяя входившие в их состав атомы галогенов, столь разрушительно действующие на озоновый слой. Проблема разрушения озонового слоя, — быть может, пер­вый случай, когда опасность антропогенного загрязнения была предсказана заблаговременно, когда человечество и биота в це­лом ещё не ощутили его (загрязнения) негативных последствий. Ф. Ш. Роуланд (Rowland) с соавторами в 1974 г. опубликовал статьи, в которых указал на возможность разрушения озонового слоя вследствие применения хлорфторуглеводородов. Статьи серьёзно обеспокоили общественность и вызвали немедленную реакцию со стороны представителей бизнеса, для которых отказ от производства и применения фреонов означал огромные рас­ходы. В 1984 г. была обнаружена знаменитая «озоновая дыра» над Антарктидой, где специфические условия атмосферной циркуля­ции привели к скоплению монооксида хлора СЮ — продукта распада фреонов в стратосфере. В результате анализа многолет­них данных было показано, что толщина озонового слоя над Ан­тарктидой снизилась к 1985 г. почти вдвое по отношению к нор­мальной (рис. 4.17). В 1987 г. были проведены одновременные измерения концентраций СЮ и озона на специально оборудо­ванном высотном самолёте при пролёте вдоль антарктической «озоновой дыры». В результате была доказана однозначная связь между концентрацией СЮ и озона (рис. 4.18). Впоследствии «озоновые дыры» были обнаружены и в высоких широтах Север­ного полушария, где они охватывали огромные площади, но не

^ Глава 4. Загрязнение окружающей среды 165



Рис. 4.17. Толщина слоя озона над Антарктидой. За десятилетие 1975—1985 гг. слой уменьшился почти вдвое. Измерения проводились каждый раз в октябре, когда в Южном полушарии наступает весна и начинается полярный день. Еди­нице Добсона соответствует слой чистого озона толщиной в 0,01 мм при давле­нии и температуре на уровне моря. На карте штриховой линией обозначена се­верная граница области появления глубоких «озоновых дыр», практически сов­падающая с Южным полярным кругом



Рис 4 18 Зависимость концентрации озона от концентрации монооксида хлора, построенная по данным высотных самолётных измерений над Антарктидой, по­лученным 16 сентября 1987 г. Кружками отмечены экспериментальные точки, по которым построена зависимость

166 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

были столь глубокими, как над Антарктидой, слой озона в них уменьшался только на 10—15 % максимум.

После образования озоновые дыры размываются интенсив­ными стратосферными ветрами, что приводит к ослаблению озонового слоя над всей планетой. В целом предполагается, что это ослабление не превысило 1—2 %, что ниже возможностей приборного обнаружения. Однако, по оценкам медиков, даже такое небольшое снижение концентрации озона в стратосфере может вызвать 5—8%-й рост заболеваемости раком кожи.

В настоящее время заключён целый ряд международных со­глашений по прекращению использования хлорфторуглеводоро-дов. Тем не менее проблема «озоновых дыр» остаётся актуаль­ной. Во-первых, в атмосфере накоплено так много фреонов, что они будут воздействовать на озоновый слой ещё десятки лет, а во-вторых, антропогенный выброс окислов азота от сжигания топлива и в результате применения азотных удобрений остаётся очень большим.

Глава 5

Население и ресурсы Земли. Методы рационального природопользования

...Человек должен разделять мир со многими другими организмами вместо того, чтобы смот­реть на каждый квадратный сантиметр как на возможный источник пищи и благосостояния или на место, на котором можно соорудить что-нибудь искусственное.

Юджин Одум. «Основы экологии»

Не будем, однако, слишком обольщаться на­шими победами над природой. За каждую та­кую победу она нам мстит.

Фридрих Энгельс. «Диалектика природы»

5.1. Народонаселение Земли

Оказавшись на вершине экологической пирамиды биосфе­ры, человечество как биологический вид — абсолютный доми­нант получило и реализовало возможность экспоненциального (в геометрической прогрессии) роста своей численности в соот­ветствии с законом Мальтуса (формула (1.1)). На рис. 5.1 приве­ден график изменения численности населения Земли в логариф­мическом масштабе. На протяжении первых десятков и сотен тысяч лет человечество росло очень медленно, со скоростью примерно 0,002 % в год. В эту эпоху человек оставался частью природных экосистем. С появлением земледелия человек начал существенно влиять на структуры экосистем и создавать искус­ственные, антропогенные экосистемы. Одними из первых круп­ных антропогенных экосистем были огромные площади орошае­мого земледелия Древнего Египта и Месопотамии. В эту эпоху рост населения Земли значительно ускорился, и ко времени рас­пада древнего мира оно, возможно, достигало 500 млн человек. Войны, экологические катастрофы и голод как их следствие привели к резкому сокращению населения на пороге Средних веков. Примерно такой же спад населения явился результатом мировых эпидемий чумы в XIV веке. После этого и вплоть до



нашего времени скорость роста населения Земли непрерывно возрастала и только в конце XX века несколько снизилась с 2 % в 1970 г. до примерно 1,7 % в 1990—2000 гг.

Рост населения определяется двумя основными факторами: рождаемостью и смертностью. Коэффициентом рождаемости на­зывается число живорождённых детей на 1000 жителей за год. Коэффициентом смертности — число смертей на 1000 жителей за год. На рис. 5.2 показано, как менялись рождаемость и смерт­ность в богатых и бедных странах за последние двести лет. При­рост населения зависит от разности этих показателей.

До начала XX века ситуация в богатых странах Европы и Се­верной Америки мало отличалась от ситуации в относительно бедных странах и даже тогдашних колониях. Дело в том, что до середины XIX века рост численности населения Земли серьёзно сдерживался двумя факторами: инфекционными заболеваниями, с которыми не умели бороться, и периодическими неурожаями, приводившими к голоду.

В Средние века страшные эпидемии чумы, чёрной оспы, хо­леры и других быстропротекающих смертельных болезней пери­одически уносили до 2/3 населения целых стран и континентов. Рост городов способствовал распространению туберкулёза и дру­гих опасных инфекций. Детская смертность достигала 50 %, а



родильная горячка (послеродовой сепсис, то есть заражение кро­ви вульгарной кокковой инфекцией) буквально косила женщин в наиболее репродуктивном возрасте.

Успехи микробиологии и медицины в конце XIX и особенно в XX веке привели к открытию мощных средств борьбы с ин­фекционными болезнями — вакцин, сывороток, сульфанила­мидных препаратов и антибиотиков. Одновременно, что ещё важнее, стала понятна роль элементарных санитарно-гигиениче­ских правил.

В конце XIX — начале XX века начали широко применя­ться химические удобрения и химические методы борьбы с сельскохозяйственными «вредителями» и «сорняками». Разви-

170 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

тие генетики стимулировало создание новых сортов сельскохо­зяйственных культур, устойчивых к засухе и болезням, и вы­сокопродуктивных пород скота и птицы. Всё это привело к быстрому росту производства продовольствия в Европе и Се­верной Америке.

В результате сначала резко сократилась смертность в бога­тых, индустриально развитых странах, где этому способствовал общий рост благосостояния и просвещения. С ростом благосос­тояния и урбанизации в богатых странах существенно снизилась и рождаемость, поэтому темпы роста населения оказались неве­лики. Рост населения здесь происходил и происходит в основ­ном за счёт увеличения средней продолжительности жизни40.

После Второй мировой войны наиболее важные средства бо­рьбы с инфекционными заболеваниями и методы интенсивного земледелия стали доступны и относительно бедным странам. Со­ответственно смертность в этих странах резко уменьшилась, но сохранилась большая рождаемость, и скорость роста населения Земли резко возросла, особенно в Африке, Азии и Латинской Америке (рис. 5.3). Население Земли перевалило за 6 млрд чело­век, причём две страны — Китай и Индия — имеют население более 1 млрд каждая.

В современном мире социальные факторы и национальные традиции в наибольшей мере влияют на рост населения. К этим факторам относятся:

• уровень обеспеченности: рождаемость и смертность ниже в экономически развитых странах, где мала детская смерт­ность, лучше медицинское обслуживание и отсутствует проблема голода;

• урбанизация и роль детей как трудовой силы в семье: рождаемость особенно велика в сельских местностях бед­ных стран, где широко применяется детский труд и нет обязательного школьного образования, отрывающего де­тей от домашнего труда; напротив, в развитых странах

40 В последние десятилетия существенную роль начинает играть и миграция населения из бедных стран в Европу и США. Миграция всегда играла огромную роль в расселении человечества. Население США, Австралии и Канады почти полностью состоит из эмигрантов и их потомков. Латинская Америка — смесь коренного индейского населения и эмигрантов из стран Пиренейского полуост­рова. Современные англичане — в основном потомки племён, переселившихся с континента.



детский труд запрещён законодательно, а среднее образо­вание является обязательным, что неизбежно снижает рождаемость;

• права женщин на образование и работу и средний возраст их вступления в брак;

• уровень пенсионного обеспечения: при достаточном его развитии родители не нуждаются в материальной помощи детей; в бедных странах родители рассматривают детей как своеобразное пенсионное накопление;

• культурные и религиозные традиции: например, католиче­ская церковь выступает против применения противозача­точных средств и запрещает аборты; существенным фактором могут быть и традиции в питании и употребле­нии спиртных напитков (в странах Европы, где преимуще­ственно употребляются натуральные виноградные вина, смертность заметно ниже, чем в странах, где в основном употребляют различные типы водки и пиво).

Сказанное хорошо видно из графика на рис. 5.4. Чем выше валовой национальный продукт на душу населения, тем ниже рождаемость. Исключение составляют только нефтедобывающие страны Ближнего Востока — Саудовская Аравия, Иран, Оман, Объединённые Арабские Эмираты, — где высокая рождаемость



при значительном доходе обусловлена религиозными и национа­льными традициями.

Важнейшими показателями уровня жизни и здравоохране­ния в стране являются средняя ожидаемая продолжительность жизни (среднее количество лет, которое может прожить ново­рожденный) и детская смертность (число детей, умерших до 1 года, на тысячу новорожденных). В настоящее время в бедней­ших странах Африки и Азии средняя продолжительность жизни менее 50 лет, тогда как во Франции, Испании, Исландии и Япо­нии она составляет 80 и более лет. Ещё разительнее отличия в уровне детской смертности: от 3 в Финляндии до 200 в бедней­ших странах Африки. Эти показатели непосредственно связаны с возрастной структурой населения. На рис. 5.5 показаны возра­стные структуры населения Европы и Африки по данным 1990 г. Из этого рисунка видно, что средняя продолжительность жизни в Европе приближается к биологическому пределу, тогда как в Африке очень велика смертность в раннем возрасте (сравните с рис. 1.10). Отличия этих возрастных структур ясно указывают на огромную разницу в уровне и качестве жизни на этих двух кон­тинентах.



Коэффициенты рождаемости и смертности характеризуют текущее состояние популяции, но недостаточны для прогноза демографической ситуации. Наиболее точными показателями для расчётов изменений численности населения являются коэф­фициенты простого воспроизводства и фертильности. Первый из них указывает, сколько живых детей в среднем должно родиться у каждой женщины, чтобы численность населения была посто­янной. Второй показывает реальное среднее число живых детей у женщин детородного возраста.

На первый взгляд может показаться, что для простого вос­производства населения, то есть сохранения его постоянной численности, достаточно, если в среднем у каждой женщины ро­дится двое детей. Однако надо учесть, что часть девочек умирает

174 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

до достижения ими детородного возраста, поэтому коэффициент простого воспроизводства в развитых странах составляет при­мерно 2,1, а в странах с высокой детской смертностью — не ме­нее 2,5.

В настоящее время оба эти коэффициента снижаются во всём мире, соответственно замедляется рост населения Земли, и можно ожидать, что около 2100 г. мировое население стабилизи­руется примерно на уровне 8—12 млрд человек.

Современный очень быстрый рост населения приводит к бы­строму истощению природных ресурсов и опасному загрязне­нию окружающей среды. И при этом по данным Организации Объединённых Наций в настоящее время:

• половина взрослого населения Земли неграмотна, что пре­пятствует освоению современных эффективных методов ведения хозяйства и создаёт порочный круг: низкий уро­вень технологических знаний ведёт к бедности, а бед­ность — к невозможности получить эти знания;

• пятая часть человечества голодает или недоедает;

• четверть населения планеты испытывает нехватку в каче­ственной питьевой воде;

• одна треть человечества не имеет нормального жилья с минимальными санитарными условиями, не обеспечена даже элементарной медицинской помощью.

Проблема состоит в том, что население богатых стран (я 25 % человечества) растёт медленнее, чем валовое производст­во в этих странах, тогда как в большинстве бедных стран рост населения обгоняет рост производства. Некоторый оптимизм внушает только то обстоятельство, что за последнее десятилетие XX века Китай и Индия, где проживает около 1/3 всего челове­чества, в основном решили проблему голода, встали на путь вне­дрения и освоения современных технологий и сумели резко сни­зить темпы роста населения.

Рост благосостояния человечества до сих пор достигается за счёт интенсификации потребления природных ресурсов, прежде всего из-за роста потребления энергии на душу населения (рис. 5.6). Это происходит в большинстве стран на фоне прене­брежения экологическими проблемами, решение которых откла­дывается «на потом», что чревато опасными последствиями уже в недалёком будущем.



5.2. Продовольственная проблема и зелёные революции

Сельскохозяйственное производство требует наличия доста­точных земельных, водных и энергетических ресурсов и тем са­мым из всех видов человеческой деятельности создаёт наиболь­шую нагрузку на природную среду.

Принципиальная проблема, с которой сталкивается сельское хозяйство, — это необходимость удерживать в равновесии ис­кусственно созданные антропогенные экосистемы, которыми в сущности являются любые сельскохозяйственные угодья, будь то заливное рисовое поле, поле, засеянное пшеницей, фрукто­вый сад или огород. Все эти экосистемы имеют очень малое ви­довое разнообразие, то есть в них нарушено основное условие устойчивости экосистем (см. п. 1.6). Более того, внешние усло­вия, как правило, не соответствуют оптимумам на кривых толе­рантности для возделываемых культур, и фактически человек вынужден создавать и поддерживать целые искусственные био­геоценозы. Понятно, что такая деятельность неизбежно требует серьёзных затрат.

Само по себе производство продовольствия не исчерпывает проблемы питания человечества. Огромное значение имеет каче­ство пищи, прежде всего достаточное количество в ней необхо­димых белков, витаминов и минеральных веществ. Недостаток

176 Часть П. Природопользование и экологическая безопасность

последних приводит к массовым эндемическим (то есть свойст­венным данной местности) заболеваниям. Так, например, мно­гие регионы мира испытывают дефицит химически связанного йода41, что ведёт к распространению заболеваний щитовидной железы и другим гормональным патологиям у населения, вклю­чая врождённый кретинизм. В странах, где рис является основ­ным и почти единственным продуктом питания большинства жителей, широко распространена болезнь бери-бери, являющая­ся следствием дефицита витамина В, (тиамин) и способная при­вести к смерти от паралича и сердечной недостаточности.

Другая проблема, с которой человечество сталкивается на протяжении всей своей истории, — это проблема хранения и транспортировки продуктов питания. Для собранного урожая особую опасность представляют грызуны — домашние мыши и крысы. Дело не только в физическом уничтожении и порче про­дуктов, но и в том, что они являются носителями особо опасных инфекционных болезней человека, прежде всего чумы, вирусно­го гепатита (болезнь Боткина), геморрагических лихорадок, ту­ляремии и лептоспироза (см. п. 4.5). В современном мире проб­лема переработки и хранения пищевых продуктов остаётся ре­шенной не до конца, прежде всего из-за бедности.

Человеку известны десятки тысяч съедобных растений, одна­ко только 30 из них широко используется в качестве сельскохо­зяйственных культур. Четыре культуры — пшеница, рис, кукуру­за (маис) и картофель — в основном кормят человечество. Про­дукты животного происхождения (мясо, рыба, молоко, яйца) обходятся гораздо дороже в производстве, а потому до сих пор малодоступны для большинства людей. Дело в том, что для по­лучения мясо-молочных продуктов домашним животным скарм­ливается большое количество зерна (кукурузы и сои) и значите­льная часть (до 30 %) мирового улова рыбы. В соответствии со вторым началом термодинамики и правилом «10 %» (см. п. 3.2) доля изначальной солнечной энергии, получаемая конечным по­требителем — человеком от животной пищи, в целом оказывает­ся в 10 раз меньше, чем при вегетарианской диете. Это можно

41 В определённой степени это относится и к Европейской России, в частно­сти к московскому региону. Поэтому очень важно использовать йодированную соль. Следует помнить, что организм усваивает только химически связанный йод, в виде, например, солей KI или Nal. Свободный йод, попав внутрь, вызовет просто сильный ожог.



glava-7-kniga-pervaya-za-iordanom-dokole-gospod-ne-dast-pokoya-bratyam-vashim-kak-vam-i-dokole-i-oni-ne-poluchat.html
glava-7-kniga-vtoraya.html
glava-7-kollektivnie-dogovori-i-soglasheniya-institut-zakonodatelstva-i-sravnitelnogo-pravovedeniya.html
glava-7-komponenti-i-elementi-brodskij-bitovaya-radioapparatura-1980.html
glava-7-koncepciya-iskusstva-romantizma-uchebnika-dlya-studentov-visshih-uchebnih-zavedenij-obuchayushihsya-po-specialnostyam.html
glava-7-konspekt-lekcij-po-discipline-obshaya-elektrotehnika-s-osnovami-elektronniki-razrabotal-prepodavatel.html
  • school.bystrickaya.ru/dinastiya-demidovih-300-let-na-blago-rossii.html
  • grade.bystrickaya.ru/oao-surgutneftegaz-izveshaet-akcionerov-o-provedenii-godovogo-obshego-sobraniya-akcionerov-v-forme-sobraniya-kotoroe-sostoitsya.html
  • reading.bystrickaya.ru/konspekt-lekcij-moskva-2002-udk-53-utverzhdeno-uchenim-sovetom-mgapi.html
  • turn.bystrickaya.ru/politologiya-sbornik-zadach-i-testov.html
  • letter.bystrickaya.ru/obespechennost-resursami-stran-mira-p-p-bezrukih-ekonomika-i-vozmozhnie-masshtabi.html
  • znanie.bystrickaya.ru/6-organizacionno-procedurnoe-napravlenie-v-energosberezhenii-energoeffektivnost-proektiruemih-zdanij.html
  • predmet.bystrickaya.ru/samoanaliz-pedagogicheskoj-deyatelnosti-uchitelya-himii-valievoj-gulnaz-nailevni.html
  • literature.bystrickaya.ru/domashnee-zadanie-chto-izuchaet-istoriya-1.html
  • grade.bystrickaya.ru/nauchnie-zapiski-stranica-6.html
  • thesis.bystrickaya.ru/poryadok-raboti-v-chitalnom-zale-gosudarstvennogo-kazennogo-uchrezhdeniya-sverdlovskoj-oblasti-centr-dokumentacii-obshestvennih-organizacij-sverdlovskoj-oblasti.html
  • pisat.bystrickaya.ru/uchastniki-pervogo-vserossijskogo-fotokonkursa-dikaya-priroda-rossii-nagrazhdeni-v-moskve-informacionnoe-agentstvo-itar-tass-02112011.html
  • school.bystrickaya.ru/glava-4-priemi-perevoda-frazeologizmov-sankt-peterburg.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/vopros-11-zashita-produktov-pitaniya-furazha-i-vodi-ot-zarazheniya-radioaktivnimi-otravlyayushimi-veshestvami-i-bakterialnimi-sredstvami.html
  • holiday.bystrickaya.ru/momenti-raspredeleniya-nachalnim-momentom-k-go-poryadka-hk-nazivaetsya-chislo-opredelyaemoe-virazheniem.html
  • studies.bystrickaya.ru/dinamicheskie-strukturi-dannih-ocheredi.html
  • notebook.bystrickaya.ru/informacionnij-byulleten-administracii-sankt-peterburga-50-651-28-dekabrya-2009-g.html
  • znanie.bystrickaya.ru/5-differenciaciya-ispolneniya-lisheniya-svobodi-v-zavisimosti-ot-vida-ispravitelnogo-uchrezhdeniya-i-ustanovlennogo-v-nem-rezhima.html
  • notebook.bystrickaya.ru/i-was-being-waited-for-was-i-being-waited-i-was-not-being-waited-eksperimentalnij-kurs-lekcij-po-prakticheskoj.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/ob-utverzhdenii-ezhegodnogo-gosudarstvennogo-doklad-stranica-8.html
  • gramota.bystrickaya.ru/xi-o-tom-kak-gospodin-batifol-ponevole-ubedilsya-v-neodolimoj-sile-lyubvi-papasha-goremika-dyuma.html
  • education.bystrickaya.ru/1-harakteristika-prirodnih-uslovij-rajona-otchyot-o-nauchno-issledovatelskoj-rabote-po-teme-environmental-impact.html
  • esse.bystrickaya.ru/razrabotka-tehnologii-polucheniya-pishevih-belkovih-produktov-iz-semyan-podsolnechnika-05-18-06-tehnologiya-zhirov-efirnih-masel-i-parfyumerno-kosmeticheskih-produktov.html
  • pisat.bystrickaya.ru/tematicheskoe-planirovanie-zanyatij-po-priobsheniyu-detej-programma-ozdorovleniya-i-formirovaniya-zdorovogo-obraza-zhizni.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/a-i-gretchenko-zasluzhennij-deyatel-nauki-rf.html
  • nauka.bystrickaya.ru/v-hakasii-proizoshlo-zemletryasenie-magnitudoj-7-zhertv-i-razrushenij-net-informacionnoe-agentstvo-itar-tass-10022011.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/stroitelnie-normi-i-pravila-vnutrennij-vodoprovod-i-kanalizaciya-zdanij-snip-04-01-85-stranica-5.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/sostoyanie-zdorovya-novorozhdennih-ob-osnovnih-garantiyah-prav-rebenka-v-rossijskoj-federacii.html
  • esse.bystrickaya.ru/programma-professionalnogo-modulya-pm-02.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/rasskaz-latishskogo-strelka-stranica-14.html
  • textbook.bystrickaya.ru/himicheskij-sostav-pishevih-produktov.html
  • esse.bystrickaya.ru/rasskaz-uchitelya-o-shkole-chtenie-stihotvorenij-habibulli-gabitova-v-shkole.html
  • pisat.bystrickaya.ru/tretego-zasedaniya.html
  • textbook.bystrickaya.ru/gradostroitelstvo-kanadi-chast-2.html
  • essay.bystrickaya.ru/diplomnij-proekt-studenta-gruppi-it-4-ribakova-a-v-na-temu-programma-obrabotki-anket-oprosa-studentov-kafedri.html
  • letter.bystrickaya.ru/mezhdunarodnaya-nauchno-tehnicheskaya-konferenciya-sovremennie-problemi-metallovedeniya-splavov-cvetnih-metallov.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.