Лекция 4. Биогеохимический круговорот веществ . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 22

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Лекция 1. Введение в курс «Экология» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Фундаментальная экология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Лекция 2. Биосфера и человек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Лекция 3. Экосистемы и основы их жизнедеятельности . . . . . . . . . . . . . 15

Лекция 4. Биогеохимический круговорот веществ . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 22

Лекция 5. Взаимодействие организма и окружающей среды.

Экология и здоровье человека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Прикладная экология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Лекция 6. Глобальные проблемы загрязнения окружающей среды . . . . 33

Лекция 7. Общие вопросы охраны окружающей среды . . . . . . . .. . . . . . . 44

Лекция 8. Правовые основы охраны окружающей природной среды. . . . 48

Лекция 9. Нормирование качества окружающей среды . . . . . . . . . . . . . . 53

Лекция 10. Охрана атмосферы от загрязнения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Лекция 11. Очистка и обезвреживание отходящих газов . . . . . . . . . . . . . 64

Лекция 12. Обезвреживание и утилизация твердых отходов . . . . . . . . . . 75

Лекция 13. Основы защиты водных объектов от загрязнения . . . . . . . . . 83

Лекция 14. Очистка и обезвреживание сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Лекция 15. Технологические основы защиты окружающей среды

от энергетического воздействия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Лекция 16. Экономические механизмы охраны природы и управления

природопользованием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Лекция 17. Международное сотрудничество в области экологии . . . . . . 115

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие подготовлено в связи с переходом высших учебных заведений на новый образовательный стандарт, утвержденный в 2000 году, в котором программа курса «Экология» расширяется и увеличивается объем образовательной нагрузки. В то же время при общем многообразии учебников и учебных пособий трудно найти такой, который бы отвечал общим положениям программы и соответствовал требованиям МПС.

Авторы попытались изложить материал конспективно в сжатой форме без лишнего наукообразия, с приближением его к условиям деятельности железнодорожного транспорта и с использованием соответствующих примеров. Этому способствует лекционная форма изложения. Поэтому учебное пособие предназначено, в первую очередь, студентам-заочникам УрГУПСа, которым курс «Экология», как правило, читается в сокращенном варианте. Лекции по экологии также будут полезны и студентам неэкологических специальностей очной формы обучения УрГУПСа.

Кроме этого, авторы поставили задачу, чтобы после завершения курса студенты получили представления о законах, структуре и эволюции биосферы, глобальных проблемах окружающей среды и путях их решения, экологических принципах использования природных ресурсов и охраны природы, современном отечественном экономическом и правовом механизме природопользования, об основах экозащитной техники и технологии.

В основу издания положен материал, подготовленный и апробированный кафедрой «Инженерной защиты окружающей среды» УрГУПСа в ходе лекционных и практических занятий.

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ

Лекция 2. БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК

План лекции

1. Основные учения о биосфере.

2. Биосфера как единое пространство, в котором сосредоточена жизнь.

3. Границы биосферы.

4. Человек как неотделимая часть природного сообщества.

5. Источники угрозы разрушения основных элементов биосферы.

6. Учение В.И.Вернадского о «ноосфере».

В настоящее время становится предельно ясным, что среда, в которой мы живем, сформирована жившими организмами различных геологических эпох. По образному выражению Б. Коммонера, окружающая среда – «это дом, созданный на Земле жизнью и для жизни». При этом каждое поколение организмов этот дом совершенствовало соответственно изменявшимся условиям и обитающим в нем существам. Эти истины стали понятны людям далеко не сразу.

Впервые понятие «биосфера» (от греч. “bios”- жизнь, “shaira”- шар) было введено в биологию французским натуралистом Жаном-Батистом Ламарком в начале ХIX в.

Термин «биосфера» в научную литературу введен австрийским ученым геологом Эдуардом Зюссом в 1875 г. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы (твердой оболочки Земли), где встречаются живые организмы.

Но основы науки о биосфере были заложены только в первой половине ХХ в. трудами академика Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945 гг.). Если с понятием «биосфера», по Э.Зюссу, связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки живых организмов, то, по В.И.Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы. При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом. В таком случаепод биосферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует или когда- либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.В.И. Вернадский не только конкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической (средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Живое веществослужит передаточным звеном между космосом и Землей, потому что аккумулирует энергию космоса, трансформирует её в энергию земных процессов (химическую, механическую, тепловую, электрическую), непрерывно обменивается веществом с косной (неживой) материей, обеспечивая образование нового живого вещества и определяя тем самым эволюцию биосферы.

Учение В.И.Вернадского о биосфере произвело переворот во взглядах на глобальные природные явления, в том числе на геологические процессы, их причины и эволюцию.

Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно называют современной биосферой или «необиосферой», а древние биосферы относят к палеобиосферам.

По современным представлениям, необиосфера в атмосферепростирается примерно до озонового экрана (у полюсов 8-10 км; у экватора – 17-18 км; над остальной поверхностью Земли – 20-25 км). За пределами озонового слоя жизнь невозможна из-за воздействия губительных космических ультрафиолетовых лучей. Гидросферапрактически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская – 11022 м) мирового океана, занята жизнью. К необиосфере следует отнести также и донные отложения, где возможно существование живых организмов. В литосферужизнь проникает на несколько метров, ограничиваясь в основном почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров.

В биосфере Земли В.И.Вернадский выделил семь различных и в то же время взаимосвязанных видов веществ:

живое вещество – совокупность всех живых организмов на планете (растения, животные, микроорганизмы);

биогенное вещество – вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами на протяжении геологической истории (каменный уголь, нефть, известняки, битумы и др.);

косное вещество (твердое, жидкое, газообразное) – вещество неорганического происхождения (минералы, глина и др.);

биокосное вещество – создается одновременно в процессах жизнедеятельности живых организмов и в процессах неорганической природы, причем организмы играют ведущую роль (почвы, природные воды, илы);

радиоактивные вещества – вещества, находящиеся в процессе радиоактивного распада (радий, уран, торий и др.);

рассеянные атомы – непрерывно образующиеся из различных видов земного вещества под влиянием космического излучения (химические элементы);

вещества космического происхождения – метеориты, пыль, протоны, нейтроны, электроны.

Важнейшими компонентами биосферы по качеству и значительными по количеству являются первые четыре вида веществ. Наиболее химически и геологически активным является именно живое вещество. При его участии образуются биогенные и биокосные вещества. Живое вещество контролирует все основные химические превращения в биосфере, несмотря на незначительный объем, который можно представить, если выделить его в чистом виде и распределить равномерно по поверхности Земли. Это будет слой всего около 2 см или крайне незначительная доля от объема всей биосферы, толща которой измеряется десятками километров. В чем же причина столь высокой химической активности и геологической роли живого вещества? Это, прежде всего, обусловлено такими его свойствами:

способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство;

движение не только пассивное (под действием силы тяжести, гравитационных сил и т.п.), но и активное;

устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти;

высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям;

феноменально высокая скорость протекания реакций;

высокая скорость обновления живого вещества.

Все перечисленные свойства живого вещества обуславливаются концентрацией в нем больших запасов энергии.

С учетом данных современной науки и основ учения В.И.Вернадского о биосфере выделяют пять основных функций биосферы и живого вещества:

1. Энергетическая – выполняется в основном растениями. В основе этой функции лежит процесс фотосинтеза, т.е. аккумулирование растениями солнечной энергии и дальнейшее её перераспределение между остальными компонентами биосферы. Часть энергии накапливается в отмершей органике, образуя залежи биогенного вещества (торф, уголь, нефть), а часть рассеивается в пространстве в виде тепла.

2. Газовая– обеспечивает газовый состав биосферы в процессах миграции и превращения газов, большая часть которых имеет биогенное происхождение.

3. Концентрационная– заключается в избирательном извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды, обуславливая большую разницу в составе живого и косного вещества планеты. В результате этой деятельности образуются залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т.п.

4. Деструктивная– обуславливает процессы, связанные с разложением мертвой органики, с химическим разрушением горных пород и вовлечением образовавшихся веществ в биотический круговорот. В результате этого образуются биокосные и биогенные вещества, происходит минерализация органики, т.е. превращение её в косное вещество. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ.

5. Средообразующая– состоит в трансформации химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов.

Для существования человека и удовлетворения его потребностей существует так называемая биогеосфера, или «пленка жизни». Это высоты до 3 км, вглубь земли до 10 м и вглубь моря до 100 м. Но эти предельные высоты и глубины, в общем-то, экзотика. Вас, в первую очередь, должно интересовать то, что находится на поверхности Земли в городе, поселке, деревне или возле них. Здесь должны быть точки приложения вашего труда, чтобы облагородить человека, то есть создать ему комфортные условия, которые не дает природа в естественном виде.

Положение человека в биосфере двояко. Как биологические объекты люди зависят от физических факторов среды и связаны с питанием, дыханием, обменом веществ. Человеческий организм имеет свои приспособительные возможности, которые выработались в ходе биологической эволюции. Изменение физической среды обитания отражается на здоровье и работоспособности людей. В отклоняющихся от оптимальных условий среды человек затрачивает много сил и средств на создание и поддержание комфортных условий. Однако главным условием поддержания этих комфортных условий является взаимодействие человека с окружающей средой через создаваемую им культуру. Этим человек отличается от всех других видов живых организмов.

Создавая все более современную технику, технологию и материалы, люди стараются создать среду обитания, по возможности не зависящую от капризов природы. Человек, будучи творческим существом, тем не менее сам является творением природы в буквальном смысле этого слова и остается неотделимой частью природных сообществ, если, конечно, придерживаться теории Ч.Дарвина об эволюции живой природы, а не инопланетной природы человека. То есть человеку нужно постоянно в своей деятельности искать золотую середину, и это в первую очередь относится к технологам. Деятельность должна быть экологичной. Производство положительно влияя на окружающую среду и человека не должно негативное воздействовать на биосферу.

При этом следует учитывать, что жизнь человеческого организма возможна только в определенных условиях: состав атмосферы, температура, структура солнечного излучения, наличие и чистота воды и пищи и др. Наряду с этим производство продуктов питания почти на 100% зависит от природных ресурсов: почвы и водных экосистем (гидропоника и искусственные системы дают незначительное количество продуктов питания). Особое значение для жизни человека имеет количество пресной воды, которая является природным ресурсом и важнейшей составной частью биосферы – самым удивительным минералом, как назвал ее профессор А.М.Черняев в своей книге «Поэзия и проза воды» [22]. Важную роль в жизнеобеспечении играют и природные источники энергии, тоже являющиеся составной частью биосферы. В настоящее время уже отчетливо обозначилась ограниченность данного вида природных ресурсов. Это же можно сказать о запасах пресной воды и о плодородии почвенного слоя Земли. Есть еще один фактор, который нельзя не учитывать – это перенаселение Земли. Многие из перечисленных проблем в России еще остро не чувствуются. Но мы живем на одной планете, и наступит время, когда придется потесниться.

Техническая мощь человечества достигла масштабов, соизмеримых с биосферными процессами. Человеческая деятельность на планете изменяет климат, влияет на химический состав атмосферы и мирового океана. Таким образом, с вхождением человечества в индустриальную стадию своего развития возникла угроза разрушения всех элементов биосферы: атмосферы, гидросферы и литосферы. В первую очередь это касается наиболее чувствительного к условиям существования биосферного слоя – биогеосферы.

Но уже сейчас вместе с техническим оснащением растет и научная вооруженность человеческого общества. Одним из успехов естествознания ХХ в. явилось осознание неразрывного диалектического единства природы и общества, необходимости перехода от концепции господства человека над природой к концепции взаимодействия с ней. В результате этого В.Н.Вернадским было разработано учение о ноосфере – сфере разума. Еще в начале 20-х г. ХХ в. В.И. Вернадский пришел к мысли, что изменение природы «силой культурного человечества становится явлением геологического масштаба. Человек как часть биосферы своим трудом многократно усиливает планетарную функцию живого вещества, она все больше становится управляемой человеческим разумом». Этот процесс неизбежно приводит к постепенному преобразованию земной биосферы в «мыслящую оболочку», сферу разума – ноосферу. Сам термин «ноосфера» В.И. Вернадскому не принадлежит. Это понятие возникло при обсуждении доклада В.И.Вернадского о развитии биосферы на семинаре в Париже в 1924 г. Его предложил французский философ Эжен Леруа.

Смысл учения В.И.Вернадского заключается в следующем. Появление Человека на Земле означало новый огромный шаг в эволюции планеты. Его активность многократно ускоряет все эволюционные процессы, темпы которых быстро растут по мере развития производительных сил и технической вооруженности. Дальнейшее неконтролируемое, не управляемое развитие людей таит в себе опасности, которые трудно предвидеть. Именно поэтому однажды наступит время, когда дальнейшая эволюция планеты, а следовательно, и человеческого общества должна направляться Разумом. Биосфера станет постепенно превращаться в сферу Разума – ноосферу.Однакоэтим определением исчерпывается все учение о ноосфере. Последовательного, научного описания процесса ноосферогенеза и самой ноосферы с её конкретными характеристиками не существует. Поэтому появилось много идей по данной проблеме. Широкий спектр мнений по этому вопросу охватывает диаметрально противоположные точки зрения. Так, некоторые ученые считают, что ноосфера – уже сформировавшееся явление. На Западе упоминания о ноосфере вообще отсутствуют, т.к. считается, что критерий разумности не стоит применять к человеческому обществу. Среди наших ученых ноосфера рассматривается экологическим идеалом, конечной целью устойчивого развития, когда мерой национального богатства станут духовные ценности и знания Человека, живущего в гармонии с окружающей средой.

Трудность современного восприятия нового состояния биосферы заключается в том, что в создающейся переходной биосферно-ноосферной общности, которую принято называть техносферой, уже нет первозданной исторически сложившейся организованности биосферы и еще нет новой организованности ноосферы. В техносфере утрачена часть присущих биосфере свойств авторегулирования, хотя свои основные параметры она сохраняет. В связи с этим хозяйственная и социально-культурная деятельность человека, общества, всего человечества рассматривается научным и обыденным сознанием как глобальный экологический фактор, отрицательно действующий на окружающую среду и даже разрушающий ее.

Энергетика экосистем

Живые организмы, входящие в экосистемы, для своего существования должны постоянно пополнять и расходовать энергию. Растения, как известно, способны запасать энергию в химических связях в процессе фотосинтеза. При фотосинтезе связывается только энергия с определенными длинами волн – 380-710 нм. Эту энергию называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Растения в процессе фотосинтеза связывают лишь небольшую часть солнечной радиации – менее 1% (в среднем для земного шара). Только наиболее продуктивные экосистемы в оптимальных условиях могут связывать до 3–5% ФАР. Растения являются первичными поставщиками энергии для всех других организмов в цепях питания.

Существуют определенные закономерности перехода энергии с одного трофического уровня на другой вместе с потребляемой пищей.

1. Основная часть энергии, усвоенной консументом с пищей, расходуется на его жизнеобеспечение (движение, поддержание температуры тела и т.д.). Эту часть энергии рассматривают как траты на дыхание (Эд), с которым, в конечном счете, связаны все возможности её высвобождения из химических связей органического вещества.

2. Часть энергии переходит в тело организма-потребителя вместе с увеличивающейся массой (приростом, продукцией). Это энергия прироста (Эпр.).

3. Некоторая доля пищи, а вместе с ней и энергия, не усваивается организмом. Она выводится в окружающую среду вместе с продуктами жизнедеятельности. Это энергия продуктов выделения (Эп.в.).

Таким образом, баланс пищи и энергии для отдельного животного организма можно представить в виде уравнения:

Эп = Эд + Эпр. + Эп.в.(1)

При всем разнообразии расходов энергии максимальные затраты её идут на дыхание и в сумме с неусвоенной пищей они составляют в среднем около 10% от энергии, полученной данным уровнем. В результате на верхние трофические уровни (к хищникам) переходит всего 0,001 доля процента от энергии зеленых растений. Эта закономерность называется правилом десяти процентов. Это правило показывает, насколько низок КПД всех биологических систем и велико значение процессов рассеивания энергии в биосфере.

Если количество энергии (продукции, биомасс или численности) организмов на каждом трофическом уровне представить в виде прямоугольников в одном и том же масштабе, то их распределение будет иметь вид пирамид. Правило пирамид энергии можно сформулировать так: количество энергии, содержащейся в организмах на любом последующем уровне цепи питания, меньше её значений на предыдущем уровне.

Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находится в состоянии динамики. Эти изменения в одних случаях могут повторяться, в других имеют однонаправленный, поступательный характер и обуславливают развитие экосистемы в определенном направлении.

Периодически повторяющуюся динамику называют циклическими изменениями, или флуктуациями,а направленную динамику называют поступательной, или развитием экосистем. Для направленной динамики характерным является либо внедрение в экосистемы новых видов, либо смена одних видов другими. В конечном счете происходят смены биоценозов и экосистем в целом. Этот процесс называют сукцессией.Различают первичные и вторичные сукцессии. Под первичной сукцессией обычно понимается развитие экосистемы на изначально безжизненном субстрате (заброшенные песчаные карьеры, землеотвалы и т.п.). Вторичные сукцессии начинаются обычно не с нулевых значений, а возникают на месте нарушенных или разрушенных экосистем (вырубка леса, лесные пожары, зарастание с.-х. угодий и т.п.). Сукцессионные смены обычно связывают с тем, что существующая экосистема создает неблагоприятные условия для наполняющих её организмов (почвоутомление, неполный круговорот веществ, самоотравление продуктами выделения и др.). Наряду с природными факторами причинами динамики экосистем все чаще выступает человек (осушение болот, распашка степей, пожары, химическое загрязнение среды и т.п.). Антропогенные воздействия часто ведут к упрощению экосистем и их полному распаду.

Для характеристики экосистем важны такие понятия, как стабильность и устойчивость. Стабильность – это способность экосистем сохранять свою структуру и функциональные свойства при воздействии внешних факторов.

Устойчивость– способность экосистемы возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после воздействия факторов, выводящих её из равновесия.

Таким образом, устойчивость экосистем и их совокупности, то есть биосферы, зависит от следующих факторов.

1. Биосфера использует внешние источники: солнечную энергию и энергию разогрева земных недр - для поддержания жизнедеятельности окружающей среды. Постоянное использование определенного количества энергии и ее рассеивание в виде тепла создали тепловой баланс в биосфере. Нарушение его может привести к смерти живых существ, которые могут существовать только в определенном тепловом диапазоне.

2. Биосфера как совокупность экосистем использует вещества (преимущественно легкие биогенные элементы: водород, углерод, азот, фосфор, калий, кислород) в основном в форме круговоротов. Биогеохимические циклы элементов отработаны эволюционно и не приводят к накоплению вредных веществ. Поэтому большинство предприятий по производству пищевых продуктов можно организовать без сброса загрязняющих веществ в окружающую среду.

3. В биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ. Конкурентные и хищнические отношения между ними способствуют установлению равновесия и спасают от угрозы со стороны внутренних факторов. У многих видов развиты защитные реакции от болезней, механизм которых изучен не до конца. Генофонд дикой природы – бесценный дар, возможности которого использованы в ничтожно малой степени.

4. Практически все закономерности, характерные для живого, имеют адаптивное значение. Биосистемы вынуждены приспосабливаться к непрерывно изменяющимся условиям жизни. Если темп изменений условий жизни превышает адаптивные возможности систем, то они погибают.

5. Саморегуляция, или поддержание численности популяции, зависят от совокупности абиотических и биотических факторов.

Каждый биологический вид представляет собой сложную экологическую систему – систему популяций. Разные части ареала (район обитания вида) отличаются друг от друга не только географически, но и по составу группировок внутри вида. Каждая группировка имеет свои генетические, морфологические и физиологические особенности. Такие группировки и называют популяциями.

На уровне популяций происходят основные адаптации, естественный отбор и эволюционные процессы. Разнообразие популяций внутри вида резко увеличивает его (вида) приспособительные способности, освоение среды и, в конечном счете, возможности выживания. Проявляя заботу о сохранении вида, человек должен прежде всего думать о сохранении популяций.

Каждая популяция характеризуется определенными показателями.

1. Плотностьпопуляции – это число особей на единицу площади или объема. Плотность колеблется с течением времени и определяется потоком вещества и энергии, проходящими через популяцию. Это влияет на продуктивность трофического уровня и интенсивность обмена веществ.

2. Возрастная структураопределяет способность популяции к размножению, она представлена поколениями. Различают три основных типа возрастной структуры: стабильная – число особей разных возрастов равномерно меняется и носит характер нормального распределения; возрастающая – в популяции преобладают молодые особи; уменьшающаяся (отмирающая) – популяция, в которой преобладают особи старших возрастов, что свидетельствует о наличии отрицательных факторов в её существовании, нарушающих воспроизводительные функции.

3. Половая структураопределяется соотношением мужских и женских особей.Неравномерное отмирание особей одного пола или, наоборот, их появление в большом количестве приводит к изменению других характеристик популяции.

К числу важнейших свойств популяций относится динамика численностисоставляющих её особей и механизмы её регулирования. Всякое значительное отклонение численности особей в популяциях от оптимальной связано с отрицательными последствиями для её существования. В связи с этим популяции имеют адаптационные механизмы, способствующие как снижению численности (если она значительно превышает оптимальную), так и её восстановлению, если она снижается ниже оптимальных значений. Периоды резкого изменения численности носят название популяционных волн, волн жизни, волн численности. Причины таких колебаний до конца не ясны. В одних случаях их связывают с пищевым фактором, в других – с климатическими явлениями, в третьих – с солнечной активностью. Вероятнее всего, в данном случае действует комплекс взаимосвязанных факторов.

ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

План лекции

Схема 4

Молекула озона, взаимодействуя с квантом ультрафиолетового излучения, поглощает его, образуя двухатомный и атомарный кислород

О₃ + hn = О^о + О₂

Атомарный кислород вновь взаимодействует с двухатомным кислородом и возмещает озон. Но с 1985 года появляются данные, что в атмосфере есть пространства с заметно пониженным содержанием озона. Полагают, что основной причиной утончения озонового слоя, помимо различных физико-географических факторов, служит наличие в атмосфере значительных количеств галогеноуглеродов, которые использовались в производстве и быту в качестве хладагентов, пенообразователей, растворителей и т.д. Их выбросы в атмосферу в 1985 году превысили 1,4 млн.т. Галогеноуглероды под действием света активно разрушаются в верхних слоях атмосферы с образованием атомарного хлора:

CF₂Cl₂ + hn = Cl + CF₂Cl

Наличие атомарного хлора обуславливает возникновение каталитической реакции разрушения озона:

О₃ + Cl = ClO + О₂

О^о + ClO = Cl + О₂

Уничтожение озона в цепных реакциях с участием ХФУ (фреонов) весьма опасно, так как длина цепей велика – одна молекула любого из них разрушает тысячи молекул озона, а в озоновой дыре над Антарктидой уровни ClO в 20-50 раз выше, чем в любом другом месте планеты.

Международное сообщество, обеспокоенное сложившимся положением, приняло в 1985 году Венскую конвенцию, по которой обязало к 1996 году в два раза уменьшить производство фреонов, а к 2010 году – ликвидировать полностью.

Следует отметить, что не все специалисты разделяют тревогу по поводу проблемы озоновых дыр. Президент международного фонда «Экология человека» академик А.Капица утверждает, что фреоны не разрушали и не разрушают озоновый слой. В подтверждение приводится факт, что 80% выбросов фреонов происходит в Северном полушарии Земли, а основная озоновая дыра располагается над Антарктидой.

Парниковый эффект.Известно, что в настоящее время в атмосфере наблюдается рост содержания некоторых газов, таких как СО₂ (углекислый газ), N₂O (закись азота), SO₂ (оксид серы), СН₄ (метан), О₃ (озон),пары воды и других. Эти так называемые парниковые газы, как и основные составляющие атмосферы (азот и кислород), пропускают к поверхности Земли видимую часть солнечного излучения оптического диапазона. Поглощаемая земной поверхностью солнечная энергия нагревает ее, что приводит к тепловому длинноволновому (инфракрасному) излучению в окружающее пространство. Это излучение в значительной степени задерживается компонентами атмосферы и прежде всего парниковыми газами; часть тепла вновь отражается на поверхность Земли. Задерживание тепловой энергии у приповерхностного слоя приводит к повышению его температуры («парниковый эффект»). С учетом концентраций и продолжительности существования парниковых газов в атмосфере основная доля парникового эффекта (более 55%) приходится на углекислый газ. В соответствии с различными сценариями удвоение СО₂ в атмосфере по сравнению с доиндустриальным периодом может произойти в середине XXI века, что может привести к повышению температуры на планете на 1,5-4,5^оК.

Для биосферы Земли развитие парникового эффекта может иметь как положительные, так и отрицательные последствия [10].

К положительным следует отнести то, что при глобальном потеплении увеличится испарение с поверхности океана и возрастет влажность атмосферы. Это благоприятно скажется на снижении засушливости аридных областей. повышение концентрации СО₂ в воздухе может интенсифицировать фотосинтез, а значит, будет способствовать росту продуктивности растений.

К отрицательным последствиям парникового эффекта относят, прежде всего, возможное поднятие уровня Мирового океана и таяние вечной мерзлоты, что приведет к затоплению значительных территорий, заболачиванию, а также ухудшению состояния лесных массивов и строений на вечной мерзлоте.

Однако ряд специалистов аргументировано полагают, что роль диоксида углерода и других газов в возникновении парникового эффекта, как и наличие самого эффекта, сильно преувеличены. Отмечается, что возможное потепление обусловлено не столько парниковым эффектом, сколько повышением солнечной активности. При этом увеличение содержания диоксида углерода в атмосфере является не причиной, а следствием потепления климата. Известно, что Мировой океан содержит СО₂ в количествах, значительно больших, чем может выделиться при производственной деятельности. В связи с увеличением температуры воды повышается выделение газов океаном, что и ведет к значительному повышению этого парникового газа в атмосфере [10].

Таким образом, проблема изменения климата в результате эмиссии парниковых газов, будучи одной из самых важных в настоящее время, еще далека от однозначного толкования.

Изменение глобальных характеристик биосферы, в том числе глобальное загрязнение окружающей среды.Выделяют три вида антропогенных нагрузок на природу:

эксплуатация ресурсов,

механические нарушения – прямые отчуждения территории под свалки, хранилища, инженерные сооружения, техногенные катастрофы,

загрязнение – привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физико-химических и биологических веществ, агентов, оказывающих вредные воздействия на природные экосистемы и человека.

Выделяют естественное и антропогенное загрязнение. Естественное загрязнение, возникшее в результате мощных природных процессов без какого-либо влияния человека. К естественным источникам загрязнения относятся вулканы, выбрасывающие сернистый ангидрид, фтор, тяжелые металлы; просачивание нефти из земной коры в гидросферу; продуцирование биотой определенного вида загрязнителей, например, на болотах продуцируется так называемый диоксин, действие которого может вызывать онкологические заболевания.

Антропогенное загрязнение – являющееся результатом деятельности человека, иногда по масштабам воздействия превосходящее естественное. К антропогенным источникам относятся: промышленные предприятия, выбрасывающие огромное число загрязнителей; транспорт, выбрасывающий свинец, оксиды азота и углерода; сельское хозяйство, загрязняющее в первую очередь воду ядохимикатами и удобрениями; техногенные аварии, выбрасывающие залпом огромные количества промышленных отходов, нефти и газа; население, сбрасывающее в свалки и водоемы бытовые отходы.

Различные типы загрязнения подразделяются на три основных: физическое, химическое, биологическое (схема 5).

Все три вида антропогенной деятельности можно охарактеризовать схемами основных воздействий горного производства на окружающую среду и факторов деградации почв (см. схемы 6 и 7).

Физическое загрязнение связано с изменением температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды. Так, тепловое воздействие проявляется в ухудшении режима земной поверхности (термокарст, солифлюкция, наледи и др) и условий жизни людей.

Схема 5

ЗАГРЯЗНЕНИЕ

ФизическоеХимическоеБиологическое

Схема 6

Воздействие горного производства на окружающую среду

ПрямоеКосвенное