6.3. Глобальные экологические проблемы современности
Среди современных глобальных экологических проблем выделяют парниковый эффект, разрушение озонового слоя Земли, кислотные осадки, выхлопы автотранспорта, загрязнение гидросферы, разрушение почвы и восстановление ее плодородия, изменение климата, опустынивание, сохранение и охрану биологических ресурсов, применение пестицидов и агрохимикатов в сельском
хозяйстве, уничтожение и деградацию лесов и растительности, проблему удаления бытовых, промышленных и токсичных отходов, дефицит чистой питьевой воды, ее очистку и др.
Парниковый Эффект. Атмосфера почти целиком пропускает излучение Солнца к Земле, но из-за наличия в атмосфере парниковых газов (к ним относятся диоксид углерода, метан, фреон, оксиды азота и др.) существенно задерживается обратное тепловое излучение земной поверхности. Парниковые газы образуют как бы стеклянную крышу парника над планетой, и большая часть излучаемого Землей тепла возвращается назад. Тепловая энергия накапливается в приповерхностных слоях атмосферы тем интенсивнее, чем больше в них концентрация парниковых газов — в этом суть парникового эффекта.
Усиление парникового эффекта приводит к увеличению количества осадков, изменению направлений ветров, океанских течений, сокращению размеров ледников, повышению температуры на поверхности Земли и потеплению климата. Многие тысячелетия средняя температура на планете держалась на уровне +15°С. За последние 100 лет температура у поверхности Земли выросла на 0,5-0,6°С и может достигнуть +18°С. Уже сейчас потепление ускорило таяние ледников и процесс опустынивания.
Диоксид углерода поступает в атмосферу в результате сжигания углеродсодержащих видов топлива (нефть, газ, каменный уголь) в промышленности, на теплоэлектростанциях, в автомобильных двигателях. За последние 200 лет концентрация СО2 в воздухе увеличилась с 275 до 350 частиц на 1 млн частиц воздуха, то есть на 25%, а с 1958 г. по 2001 г. концентрация СО2 возросла с 350 до 368 частиц. Если человечество не примет меры, чтобы сократить выброс газов, то середине века средняя глобальная температура приземной атмосферы повысится на 1,5-4,5 °С.
Доли некоторых государств в выбросе диоксида углерода таковы: США — 22%, Россия и Китай — по 11%, Германия и Япония — по 5%. Анализ динамики климатических данных в России показал, что в 80-х и начале 90-х гг. XX в. среднегодовые температуры в северной половине Восточно-Европейской равнины возросли из-за частой повторяемости теплых зим. Причем, отмечена сопряженность ареалов максимальной изменчивости климатических характеристик с географическим распределением загрязнений атмосферы.
Изменение климата влияет на сельское, лесное и водное хозяйство. Это связано с перераспределением осадков и увеличением числа и интенсивности засух. Например, в зоне вечной мерзлоты в результате потепления и таяния льдов станет разрушаться хозяйственная инфраструктура, будет нанесен ущерб добывающей промышленности, транспортным, энергетическим системам, коммунальному хозяйству. Однако повышение температуры на 1-2°С в целом будет благоприятным для сельского хозяйства европейской части нашей страны, так как позволит выращивать теплолюбивые сельскохозяйственные культуры на обширных территориях.
В декабре 1997 г. в Киото была проведена международная конференция по глобальному изменению климата на планете, в которой приняли участие представители из 159 стран. Был принят заключительный протокол, который предусматривал общее сокращение на 5,2% выбросов в атмосферу парниковых газов. К 2008-2012 гг. страны Европейского союза должны сократить выбросы парниковых газов (от уровня 1990 г.) на 8%, США — на 7%, Япония, Канада — на 6%. Россия и Украина к 2012 г. могут сохранить выбросы на уровне 1990 г. из-за уменьшения промышленного производства в последние годы.
Кислотные осадки. Кислотными называют любые атмосферные осадки — дожди, туманы, снег, — кислотность которых выше нормальной. Проблема кислотных осадков возникла в начале 70-х гг. XX в. Наиболее остро она проявилась в странах Скандинавского полуострова, где в озерах стали исчезать рыба, микроорганизмы, причем вода внешне оставалась чистой. Кислотные свойства среды определяются ионами водорода. Чем больше концентрация водородных ионов в растворе, тем выше его кислотность. Для выражения концентрации ионов водорода используют единицы водородного показателя, или рН. Шкала рН: от 0 (крайне высокая кислотность) через 7 (нейтральная среда) до 14 (крайне сильная щелочность).
Кислотные дожди содержат растворы серной, азотной и других кислот, в которые превращается влага воздуха, поглощая сернистый газ, в больших количествах вырабатываемый при сжигании топлива транспортом, электростанциями, на металлургических производствах и т. п.
Кислотные дожди угнетают растительность, снижают прирост леса и урожайность сельскохозяйственных культур. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, что приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно сильно повреждаются хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже и накапливает больше вредных веществ, чем листья, за один и тот же период. Большой вред кислотные осадки наносят водоемам. Происходит закисление озер, ведущее к гибели икры, мальков, планктона, многих видов водорослей и рыб. Озера становятся практически безжизненными.
Мировое сообщество предпринимает определенные шаги по борьбе с кислотными дождями. В 1985 г. в Хельсинки 20 государств Европы и Канада подписали Протокол о 30%-ном снижении выбросов серы. Принятые в странах Большой семерки в 1970-1990 гг. меры позволили при росте ВВП на 60% практически не увеличить выбросы химических соединений, способствующих образованию кислотных осадков.
Озоновый экран Земли. Наибольшая концентрация озона в атмосфере наблюдается на высоте 20-25 км. Общая масса озона меньше одной миллионной доли массы всей атмосферы. Однако озоновый слой не только оберегает все живое на планете от прямого разрушения под действием ультрафиолетового излучения, но и предотвращает опасные мутации живых организмов. Свыше 99% ультрафиолета поглощается слоем озона в стратосфере на высоте около 25 км. Уменьшение озонового слоя на 1% влечет за собой увеличение ультрафиолетового излучения на 1,5%. Тепловой режим атмосферы, ее динамика в значительной степени определяются способностью озона поглощать ультрафиолет. С ростом интенсивности ультрафиолетовой радиации ученые связывают увеличение заболеваний глаз и онкологических заболеваний у людей, ослабление иммунной системы, возникновение мутаций (ультрафиолет разрушает молекулы ДНК, а это уже генетические изменения).
Основными факторами, разрушающими озоновый экран Земли, являются: полеты реактивных самолетов в высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, уничтожение лесов, массовое применение фреонов в технике, парфюмерной, химической продукции, в быту. Фреоны летучи и поднимаются в стратосферу. Там они разлагаются, высвобождая атомарный хлор, который разрушает озон. Это приводит к образованию озоновых дыр. Впервые озоновую дыру над Антарктидой обнаружил исследователь британской арктической службы Д.Ч.Фарман в 1979 г., а мир узнал о ней в 1985 г.
Истончение озонового слоя ведет увеличению нагрева Земли, усилению циркуляции воздушных масс в атмосфере, наступлению пустынь. В связи с неблагоприятным состоянием озонового слоя мировое сообщество принимает меры по его защите. В 1987 г. правительства 56 стран, в том числе и СССР, подписали Монреальский протокол, по которому обязались в ближайшее десятилетие вдвое сократить производство фторуглеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой. В 1997 г. постановлением правительства РФ создана Межведомственная комиссия по охране озонового слоя, отвечающая за реализацию принятой программы.
В промышленности уже принимаются довольно эффективные меры для выполнения правительственной программы. Так, производители холодильной техники приступили к замене фреонов озонобезопасными веществами. Российские физики предложили уничтожать сам источник разрушения озона, организовывать глобальную очистку атмосферы от фреонов, воздействуя на нее микроволновым разрядом. В Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН разработан метод всепогодного и круглосуточного мониторинга озоносферы, основанный на использовании миллиметровых волн ее теплового излучения.
Проблема отходов. В настоящее время при использовании современной техники и технологий не более 10% сырья из недр и с поверхности планеты превращается в готовую продукцию, а 90% идет в отходы, загрязняющие биосферу. Ежегодно в России образуется около 7 млрд тонн отходов, из которых вторично используется лишь 2 млрд тонн, или 28,6%. Отходы загрязняют атмосферный воздух, почву, растительность, подземные и поверхностные воды. Они подразделяются на бытовые и промышленные и могут существовать в твердом, жидком, газообразном состояниях. Особую тревогу вызывает накопление токсичных отходов, в том числе содержащих канцерогенные вещества. Сложившаяся ситуация представляет реальную угрозу здоровью людей.
Первоначально решение проблемы отходов рассматривалось преимущественно в их уничтожении — закапывании или сжигании, но с увеличением загрязнения окружающей среды на первый план вышли экологически более приемлемые меры устранения отходов — их сортировка и повторное использование, то есть рециклинг. Реализация рециклинга с минимальными затратами — важная техническая задача, которая требует изменения всей техники и технологии. Рециклинг приведет к сокращению разработки полезных ископаемых и сокращению загромождения земной поверхности отвалами и отходами.
Минимизация отходов в различных отраслях промышленности может быть достигнута следующими способами: усовершенствованием технологических процессов в направлении сокращения количества образующихся отходов; рециклизацией отходов, предпочтительно в процессе их образования; переработкой отходов в полезные побочные продукты; изменением свойств отходов, снижением их объема и токсичности для облегчения последующего удаления и переработки. Помимо твердых бытовых, промышленных отходов, макулатуры, отходов пластмасс, цветных металлов, стеклотары, строительных отходов, люминесцентных ламп, отходов агропромышленного производства и других, в промышленном производстве образуется много токсичных отходов, представляющих особую опасность. Так, в России накоплено более 1,1 млрд тонн токсичных, экологически опасных отходов. Между тем в стране нет ни одного предприятия (полигона) по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов, полностью отвечающего предъявляемым требованиям.
Перспективным способом утилизации опасных отходов представляется термический метод. Он позволяет из некоторых видов отходов получать серебросодержащую золу, содержащую благородные и редкие металлы. Методы высокотемпературной обработки позволяют восстанавливать активированные угли, известь, соду и другие ценные продукты.
Наиболее дешевым способом избавления от отходов является их экспорт в развивающиеся страны. Например, переработка химических отходов в Европе стоит от 160 до 200 долларов за тонну, а экспорт в Африку 1 т отходов обходится от 2,5 до 40 долларов. Многие зарубежные фирмы размещают на территории России экологически опасные предприятия и загрязняют ее различными, в том числе опасными, отходами. Например, в 1995 г. в Россию из Австралии под видом кобальтосодержащего вторичного сырья вывезено 200 т токсичных отходов. Необходимо отметить, что государственный комитет по охране окружающей среды запрещает ввоз на территорию России, а также транзит экологически опасных грузов, осуществляемый с нарушением экологических норм и правил.
Проблема сбора макулатуры в мире решается по-разному. Так, по всей Британии установлены ящики, в которые англичане бросают прочитанные газеты. Собранная таким образом бумага отправляется в переработку на фабрики для изготовления новой газетной бумаги. Разветвленная система сбора макулатуры создана в Швеции, причем не только в крупных городах, а даже в малонаселенных районах Крайнего Севера. В результате во вторичную переработку попадает соответственно 70 и 77%. При этом следует учесть, что сбор подобных отходов имеет огромное экологическое значение, так как позволяет уменьшить степень загрязнения окружающей среды.
Использование макулатуры для производства новой бумаги и бумажных изделий зависит не только от эффективности системы сбора, но и от способности комбинатов потреблять это вторсырье. Нужны установки для приведения макулатуры в нужное состояние. В России из макулатуры в основном делают картон. Газетную бумагу из нее не производят, так как для этого нужна предварительно «облагороженная» макулатура: сначала необходимо удалить краску, очистить массу, затем отбелить ее. Оборудование же для удаления рас и, та называемые флотаторы — у нас не выпускается. Кроме того, производить газетную бумагу непосредственно из древесной массы намного дешевле, чем из макулатурной.
В 1996 г. на московском предприятии «Промотходы» смонтирована установка по переработке макулатуры в теплоизоляционный материал. В Европе уже давно научились использовать переработанную макулатуру для утепления стен и оконных проемов. Основное преимущество эковаты перед традиционными изоляционными материалами в том, что она состоит из органических материалов. Экологическая чистота и привлекает к ней строителей и домовладельцев.
Уничтожение лесов. Лес — это совокупность земли, древесной, кустарниковой и травяной растительности, животных, микроорганизмов и других элементов окружающей среды, биологически взаимосвязанных и влияющих друг на друга в своем развитии. Суммарная мировая биомасса лесов оценивается примерно в 2000 млрд тонн. Лесами на планете занято около 3,6 млрд гектар (24-27% земель). Преобладают два лесных пояса: северный (хвойные леса) и южный (влажные тропические леса). Доля северных лесов (в основном это Россия, Канада и США) составляет 14-15%, тропических — 55-60%. Влажные тропические леса вырубаются в 10 раз быстрее, чем происходит их естественное восстановление (со скоростью 11 млн гектар в год). Катастрофическое сокращение лесов в странах Юго-Восточной Азии и Западной Африки может привести к их полному уничтожению уже к 2021 году. Общая вырубка лесов в мире составляет примерно 17-25 млн гектар в год, и только на 20% этих площадей производится их восстановление. Размещение лесов в России неравномерно, большая часть покрытой лесами площади находится в Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке. Здесь сосредоточены основные массивы сосны обыкновенной, ели, пихты, лиственницы, кедра сибирского. Россия обладает почти 25% мировых запасов древесины и 50% ценных хвойных пород мира. В лесах России произрастает около 100 видов диких плодовых, ягодных и орехоплодных растений, имеющих большую ценность как лекарственное и техническое сырье.
Сведение лесов грозит глобальными изменениями в природе. Деревья имеют огромное значение для круговорота кислорода и углерода в атмосфере Земли, что особенно важно в связи с возможностью климатических изменений из-за повышения содержания в атмосфере углекислого газа. Леса влияют на водный режим территорий, регулируют баланс воды, поглощают и преобразовывают часть атмосферных химических загрязнений, имеют рекреационное значение. Нормальное состояние природной среды сохраняется в том случае, если покрытая лесами территория составляет не менее 30% поверхности суши. 20% лесов составляют резервы для самовосстановления природы.
Необходимо отметить, что в некоторых странах Западной и Центральной Европы за последнее время площадь лесов несколько возросла, но увеличилась и площадь лесов, пораженных кислотными дождями, страдающих от запыленности атмосферы, — таких лесов 38%. В России угнетенное состояние испытывают 600 тыс. га леса.
