С незапамятных времен наши предки знали о зависимости самочувствия и всех жизненных процессов от погодных и других природных явлений. Первые письменные свидетельства о влиянии погодных явлений на здоровье человека известны с давних времен. В Индии 4000 лет назад говорили о приобретении растениями лечебных свойств от лучей солнца, гроз и дождей. Гиппократ за 400 лет до нашей эры выявил зависимость здоровья человека от климата и погоды. Тибетская медицина до сих пор связывает болезни с определенными сочетаниями метеорологических факторов. Будучи порождением Вселенной, космоса, биосферы Земли, человек является частицей окружающего мира, глубоко зависимой от течения внешних процессов. И поэтому только гармония внутренних процессов организма с ритмами внешней среды, природы, космоса может быть твердой основой стабильной жизнедеятельности человеческого организма, то есть базисом его здоровья и хорошего самочувствия. Это заключение в определенной степени является финальной точкой в долгом споре философов, что превалирует в человеке - социальное или биологическое. Сегодня уже окончательно ясно, что именно природные процессы задают нашему организму способность противостоять многочисленным экстремальным факторам. А социальная деятельность человека становится таким же мощным стрессирующим элементом, если ее ритмы не подчиняются биосферным и космическим колебаниям, и, особенно тогда, когда осуществляется массированная длительная попытка подчинить жизнедеятельность человека, его биологические часы, искусственно придуманным социальным ритмам. В настоящее время на первый план проблем для здоровья населения выходят именно патологические расстройства, обусловленные несоответствием наших социальных преобразований законам природы. Эти расстройства, влекут за собой психические расстройства, алкоголизм, наркоманию, рост сердечно-сосудистой, онкологической, иммунной патологии. Практически каждый человек, дожив до определенного возраста, пережив очередной стресс или оправившись от болезни, вдруг начинает чувствовать зависимость своего состояния и настроения от изменяющихся факторов среды. При этом обычно делается вывод, что погода действует на здоровье. В то же время другие люди, обладающие недюжинным здоровьем, большой уверенностью в своих силах и возможностях, не представляют, как могут такие незначительные с их точки зрения факторы, как атмосферное давление, геомагнитные возмущения, гравитационные аномалии в Солнечной системе действовать на человека. Причем к группе противников влияния геофизических факторов на человека часто относятся физики и геофизики. Основными аргументами таких скептиков являются довольно спорные физические расчеты энергетической значимости электромагнитного поля Земли, а также изменений ее гравитационного поля под действием сил притяжения Солнца и планет Солнечной системы. При этом говорится, что в городах промышленные электромагнитные поля во много раз мощнее, а значение изменения гравитационного поля, составляющее цифру с восемью нулями после запятой, не имеет какого-либо физического смысла. Такую альтернативную точку зрения на влияние солнечных, геофизических и погодных факторов на здоровье человека имеют к примеру геофизики. Основатель гелиобиологии А.Л.Чижевский в начале столетия о связи самочувствия и здоровья человека с космическими и геофизическими воздействиями сказал так: "Человек и микроб - существа не только земные, но и космические, связанные всей своей биологией, всеми молекулами, всеми частицами своих тел с космосом, с его лучами, потоками и полями". Продолжатели дела А.Л.Чижевского существенно продвинули понимание зависимости человека от космических и связанных с ними погодно-климатических условий. Именно в 20 веке получило развитие новое научное направление - биоклиматопатология, изучающая реакции и состояния человека, обусловленные действием погодных, геофизических и космических факторов. О высокой распространенности и значимости метеопатологии в настоящее время свидетельствуют и данные широкомасштабных исследований показателей смертности при изменениях различных метеорологических и геофизических характеристик погоды, проведенных в различных регионах земного шара. Исследования, проведенные в 1979-1986 годах показали, что здоровые и больные люди реагируют на изменение геофизических и метеорологических условий по-разному. Здоровый организм за счет высокого запаса резервных возможностей своевременно перестраивает свои внутренние процессы в соответствии с изменившимися условиями внешней среды. Активизируются все гомеостатические системы, усиливается иммунная защита, улучшаются обменные процессы; соответственно перестраиваются нервные реакции и эндокринная система; сохраняется или даже увеличивается работоспособность. Совершенно иная реакция на изменение геофизических и погодных факторов наблюдается у людей с истощенными адаптивными резервами. В эту группу входят больные, ослабленные и переутомленные люди. В дни, характеризующиеся резкими изменениями одного или нескольких геофизических условий, у них ухудшаются показатели энергетики, иммунной защиты, состояния сердечно-сосудистой, пищеварительной, выделительной систем, органов дыхания. Замедляются реакции центральной нервной системы, снижается работоспособность. Организм начинает терять способность быстро перестраивать свои внутренние реакции применительно к новым, изменившимся условиям окружающей среды, что проявляется субъективным ощущением ухудшения самочувствия, появлением головной боли, одышки, гипертонических кризов и других, так называемых субъективных метеопатических, реакций. Влияние природных условий сказывается в нашей повседневной жизни не в меньшей, а в некоторых случаях даже в большей степени, чем это было в прошлом. Реакции на изменение погодных условий наиболее ярко проявляются в связи с переездами людей в непривычные климатические условия. Как оказалось, в начальном периоде акклиматизации основной обмен увеличивается на 16-40%, а иногда даже на 70% по сравнению с исходными величинами. Отмечено, что при резких сменах погодных условиях при нормальной физиологической реактивности, прежде всего, проявляются неспецифические реакции, характеризующиеся общим "напряжением" организма.
Чем больше мы берем от мира, тем менее мы оставляем в нем, и в конечном итоге мы вынуждены будем оплатить наши долги в тот самый момент, который может оказаться очень неподходящим для того, чтобы обеспечить продолжение нашей жизни.
Норберт Винер
Человек начал изменять природные комплексы уже на первобытной стадии развития цивилизации, в период охоты и собирательства, когда стал пользоваться огнем. Одомашнивание диких животных и развитие земледелия расширили территорию проявления последствий человеческой деятельности. По мере развития промышленности и замены мускульной силы энергией топлива интенсивность антропогенного влияния продолжала возрастать. В XX в. вследствие особенно быстрых темпов роста населения и его потребностей оно достигло небывалого уровня и распространилось на весь мир.
Рассматривая воздействие человека на окружающую среду, надо всегда помнить важнейшие экологические постулаты, сформулированные в замечательной книге Тайлера Миллера «Жизнь в окружающей среде».
1. Что бы мы ни делали в природе, все вызывает в ней те или иные последствия, часто непредсказуемые.
2. Все в природе взаимосвязано, и мы живем в ней все вместе.
3. Системы жизнеобеспечения Земли могут выдержать значительное давление и грубые вмешательства, однако всему есть предел.
4. Природа не только более сложна, чем мы о ней думаем, она гораздо сложнее, чем мы можем себе это представить.
Все созданные человеком комплексы (ландшафты) можно разделить на две группы в зависимости от цели их возникновения:
– прямые – созданные целенаправленной деятельностью человека: возделываемые поля, садово-парковые комплексы, водохранилища и т.д., часто их называют культурными;
– сопутствующие – не предусматриваемые и обычно нежелательные, которые были активизированы или вызваны к жизни деятельностью человека: болота по берегам водохранилищ, овраги на полях, карьерно-отвальные ландшафты и т.д.
Каждый антропогенный ландшафт имеет свою историю развития, порой весьма сложную и, главное, крайне динамичную. За несколько лет или десятилетий антропогенные ландшафты могут претерпеть такие глубокие изменения, какие естественные ландшафты не испытают за многие тысячи лет. Причина этого – непрерывное вмешательство человека в структуру этих ландшафтов, причем это вмешательство обязательно сказывается и на самом человеке. Вот лишь один пример. В 1955 г., когда девять из каждых десяти жителей Северного Борнео заболели малярией, по рекомендации Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) на острове для борьбы с комарами – переносчиками малярии начали распылять ядохимикат диэлдрин. Болезнь была практически изгнана, но непредвиденные последствия такой борьбы оказались страшными: от диэлдрина погибли не только комары, но и другие насекомые, в частности мухи и тараканы; затем погибли ящерицы, жившие в домах и наевшиеся дохлых насекомых; после этого начали погибать кошки, съевшие мертвых ящериц; без кошек начали быстро размножаться крысы – и людям стала угрожать эпидемия чумы. Из этого положения вышли, сбросив на парашютах здоровых кошек. Но... оказалось, что диэлдрин не подействовал на гусениц, но уничтожил тех насекомых, которые ими питались, и тогда многочисленные гусеницы стали поедать не только листья деревьев, но и листья, служившие кровлей для крыш, в результате начали рушиться крыши.
Антропогенные изменения в окружающей среде весьма разнообразны. Непосредственно воздействуя лишь на один из компонентов среды, человек может опосредованно изменять и остальные. И в первом, и во втором случае происходит нарушение круговорота веществ в природном комплексе, и с этой точки зрения результаты воздействия на среду можно отнести к нескольким группам.
- К первой группе относят воздействия, приводящие только к изменению концентрации химических элементов и их соединений без изменения формы самого вещества. Например, в результате выбросов от автомобильного транспорта концентрация свинца и цинка возрастает в воздухе, почве, воде и растениях, во много раз превышая обычное их содержание. В этом случае количественная оценка воздействия выражается в массе загрязняющих веществ.
- Вторая группа – воздействия приводят не только к количественным, но и качественным изменениям форм нахождения элементов (в пределах отдельных антропогенных ландшафтов). Такие преобразования часто наблюдаются при разработке месторождений, когда многие элементы руд, в том числе токсичные тяжелые металлы, переходят из минеральной формы в водные растворы. При этом их суммарное содержание в пределах комплекса не меняется, но они становятся более доступными для растительных и животных организмов. Другой пример – изменения, связанные с переходом элементов из биогенной формы в абиогенную. Так, человек при рубке лесов, вырубая гектар соснового леса, а затем сжигая его, переводит из биогенной формы в минеральную около 100 кг калия, 300 кг азота и кальция, 30 кг алюминия, магния, натрия и др.
- Третья группа – формирование техногенных соединений и элементов, не имеющих аналогов в природе или не характерных для данной местности. Таких изменений с каждым годом становится все больше. Это появление фреона в атмосфере, пластмасс в почвах и водах, оружейного плутония, цезия в морях, повсеместное накопление плохо разлагающихся пестицидов и т.д. Всего в мире повседневно используется около 70 000 различных синтетических химических веществ. Каждый год к ним добавляется около 1500 новых. Следует учесть, что о воздействии на окружающую среду большинства из них известно мало, но по крайней мере половина из них вредны или потенциально вредны для здоровья человека.
- Четвертая группа – механическое перемещение значительных масс элементов без существенного преобразования форм их нахождения. Пример – перемещение масс породы при разработке месторождений как открытым, так и подземным способом. Следы карьеров, подземных пустот и терриконов (холмов с крутыми склонами, образованных перемещенными из шахт отработанными пустыми породами) будут существовать на Земле многие тысячи лет. К этой же группе относятся и перемещения значительных масс почв при пыльных бурях антропогенного происхождения (одна пыльная буря способна перенести около 25 км3 почвы).
Анализируя результаты деятельности человека, следует учитывать и состояние самого природного комплекса, его устойчивость к воздействиям. Понятие устойчивости – одно из самых сложных и спорных понятий в географии. Любой природный комплекс характеризуется определенными параметрами, свойствами (один из них, к примеру, – количество биомассы). Каждый параметр имеет пороговое значение – такое количество, при достижении которого происходят изменения качественного состояния компонентов. Эти пороги практически не изучены и часто, прогнозируя будущие изменения природных комплексов под влиянием той или иной деятельности, нельзя указать конкретные масштабы и точные временные рамки этих изменений.
Каковы же реальные масштабы современного антропогенного влияния? Вот несколько цифр. Ежегодно из недр Земли извлекают свыше 100 млрд т полезных ископаемых; выплавляют 800 млн т различных металлов; производят более 60 млн т не известных в природе синтетических материалов; вносят в почвы сельскохозяйственных угодий свыше 500 млн т минеральных удобрений и примерно 3 млн т различных ядохимикатов, 1/3 которых поступает с поверхностными стоками в водоемы или задерживается в атмосфере (при рассеивании с самолетов). Для своих нужд человек использует более 13% речного стока и сбрасывает в водоемы ежегодно более 500 млрд м3 промышленных и коммунальных стоков. Перечисление можно продолжить, но и изложенного достаточно, чтобы осознать глобальность влияния человека на среду, а значит, и глобальность возникающих в связи с этим проблем.
Рассмотрим последствия трех основных видов хозяйственной деятельности человека, хотя, разумеется, ими не исчерпывается весь комплекс антропогенного влияния на среду обитания.
1. Промышленные воздействия
Промышленность – самая крупная отрасль материального производства – играет центральную роль в экономике современного общества и является основной движущей силой ее роста. За последнее столетие мировое промышленное производство увеличилось более чем в 50 (!) раз, причем 4/5 этого роста приходится на период с 1950 г., т.е. период активного внедрения в производство достижений научно-технического прогресса. Естественно, что такой бурный рост промышленности, обеспечивающей наше с вами благосостояние, в первую очередь сказался на окружающей среде, нагрузка на которую многократно возросла.
Промышленность и производимая ею продукция воздействует на среду на всех стадиях промышленного цикла: начиная с разведки и добычи сырья, его переработки в готовую продукцию, образования отходов и кончая использованием готовой продукции потребителем, а затем ее ликвидацией по причине дальнейшей непригодности. При этом происходит отчуждение земель под строительство промышленных объектов и подъездов к ним; постоянное использование воды (во всех отраслях промышленности);выброс веществ от переработки сырья в воду и воздух; изъятие веществ из почвы, горных пород, биосферы и т.д. Нагрузка на ландшафты и их компоненты в ведущих отраслях промышленности осуществляется следующим образом.
Энергетика. Энергетика – основа развития всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунально-бытового хозяйства. Это отрасль с очень высокими темпами развития и огромными масштабами производства. Соответственно, и доля участия энергетических предприятий в нагрузке на природную среду весьма значительна. Ежегодное потребление энергии в мире – более 10 млрд т условного топлива, и цифра эта непрерывно увеличивается.Для получения энергии используют либо топливо – нефть, газ, уголь, древесину, торф, сланцы, ядерные материалы, либо другие первичные источники энергии – воду, ветер, энергию Солнца и т.д. Практически все топливные ресурсы невозобновимы – и это первая ступень воздействия на природу энергетической отрасли – безвозвратное изъятие масс вещества.
Каждый из источников при его использовании характеризуется специфическими параметрами загрязнения природных комплексов.
- Уголь – самое распространенное ископаемое топливо на нашей планете. При сжигании его в атмосферу поступают диоксид углерода, летучая зола, сернистый ангидрид, оксиды азота, фтористые соединения, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Иногда в летучей золе содержатся чрезвычайно вредные примеси, такие как мышьяк, свободный диоксид кремния, свободный оксид кальция.
- Нефть. При сжигании жидкого топлива в воздух поступают кроме диоксида углерода сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, соединения ванадия, натрия, газообразные и твердые продукты неполного сгорания. Жидкое топливо дает меньшее количество вредных веществ, чем твердое, но использование нефти в энергетике сокращается (в связи с исчерпанием естественных запасов и исключительным использованием ее на транспорте, в химической промышленности).
- Природный газ – наиболее безвредный из ископаемых видов топлива. При его сжигании единственным существенным загрязнителем атмосферы помимо СО2 являются оксиды азота.
- Древесина больше всего используется в развивающихся странах (70% населения этих стран сжигает в среднем около 700 кг на человека в год). Сжигание древесины безвредно – в воздух попадает диоксид углерода и пары воды, но при этом нарушается структура биоценозов – уничтожение лесного покрова вызывает изменения во всех компонентах ландшафта.
- Ядерное топливо. Использование ядерного топлива – один из самых спорных вопросов современного мира. Конечно, атомные станции в гораздо меньшей степени, чем тепловые (использующие уголь, нефть, газ), загрязняют атмосферный воздух, но количество воды, используемой на АЭС, в два раза превышает потребление на тепловых станциях – 2,5–3 км3 в год на АЭС мощностью 1 млн кВт, а тепловой сброс на АЭС в расчете на единицу производимой энергии значительно больше, чем на ТЭС в аналогичных условиях. Но особенно жаркие споры вызывают проблемы радиоактивных отходов и безопасность эксплуатации атомных станций. Колоссальные последствия для природной среды и человека возможных аварий на ядерных реакторах не позволяют относиться к ядерной энергии так же оптимистично, как это было в начальный период использования «мирного атома».
Если рассматривать влияние утилизации ископаемых видов топлива на другие компоненты природных комплексов, то следует выделить воздействие на природные воды. Для нужд охлаждения генераторов на электростанциях производится огромный водозабор: для выработки 1 кВт электроэнергии необходимо от 200 до 400 л воды; современная ТЭС мощностью 1 млн кВт требует в течение года 1,2–1,6 км3 воды. Как правило, забор воды для систем охлаждения энергетических установок составляет 50–60% от общего промышленного изъятия воды. Возвращение сточных вод, нагретых в системах охлаждения, вызывает тепловое загрязнение воды, в результате которого, в частности, падает растворимость в воде кислорода и одновременно активизируется жизнедеятельность водных организмов, которые начинают потреблять больше кислорода.
Следующий аспект негативного влияния на ландшафт при добыче топлив – отчуждение больших площадей, на которых уничтожается растительность, изменяются структура почвы, водный режим. Это касается в первую очередь открытых способов добычи топлива (в мире около 85% полезных ископаемых и строительных материалов добывается открытым способом).
Среди других первичных источников энергии – ветра, речной воды, солнца, приливов и отливов, подземного тепла – особое место занимает вода. Геотермальные электростанции, солнечные батареи, ветряные турбины, приливно-отливные электростанции обладают преимуществом незначительного воздействия на окружающую среду, но их распространение в современном мире пока достаточно ограниченно.
Речные воды, используемые гидроэлектростанциями (ГЭС), преобразующими энергию водного потока в электрическую, практически не оказывают загрязняющего воздействия на окружающую среду (за исключением теплового загрязнения). Их негативное влияние на экологию заключается в другом. Гидротехнические сооружения, в первую очередь плотины, нарушают режимы рек и водоемов, препятствуют миграции рыбы, влияют на уровень грунтовых вод. Пагубно влияют на экологию и водохранилища, создаваемые для выравнивания речного стока и бесперебойного снабжения ГЭС водой. Суммарная площадь только крупных водохранилищ мира составляет 180 тыс. км2 (столько же затоплено земель), а объем воды в них – около 5 тыс. км3. Помимо затопления земель создание водохранилищ сильно изменяет режим стока рек, влияет на локальные климатические условия, что, в свою очередь, воздействует на растительный покров по берегам водохранилища.
Металлургия. Воздействие металлургии начинается с добычи руд черных и цветных металлов, ряд из которых, такие как медь и свинец, применяются еще с давних времен, а другие – титан, бериллий, цирконий, германий – активно используются лишь в последние десятилетия (для нужд радиотехники, электроники, ядерной техники). Но с середины XX в., вследствие научно-технической революции, резко возросла добыча и новых, и традиционных металлов и потому увеличилось количество природных нарушений, связанных с перемещением значительных масс пород.
Кроме основного сырья – руд металлов – металлургия достаточно активно потребляет воду. Примерные цифры расхода воды на нужды, например, черной металлургии таковы: на производство 1 т чугуна затрачивается около 100 м3 воды; на производство 1 т стали – 300 м3; на изготовление 1 т проката – 30 м3 воды.
Но самая опасная сторона воздействия металлургии на окружающую среду – техногенное рассеяние металлов. При всем различии свойств металлов все они по отношению к ландшафту являются примесями. Их концентрация может возрастать в десятки и сотни раз без внешнего изменения окружающей среды (вода остается водой, а почва – почвой, но содержание ртути в них увеличивается в десятки раз). Главная опасность рассеянных металлов заключается в их способности постепенно накапливаться в организмах растений и животных, что нарушает пищевые цепи.
Металлы попадают в окружающую среду практически на всех стадиях металлургического производства. Часть теряется при транспортировке, обогащении, сортировке руд. Так, за одно десятилетие на данном этапе было рассеяно во всем мире около 600 тыс. т меди, 500 тыс. т цинка, 300 тыс. т свинца, 50 тыс. т молибдена. Дальнейший выброс происходит непосредственно на производственной стадии (причем выбрасываются не только металлы, но и другие вредные вещества). Воздух вокруг металлургических предприятий задымлен, в нем повышено содержание пыли. Никелевое производство характеризуется выбросами мышьяка и больших количеств диоксида серы (SO2); производство алюминия сопровождается выбросами фтора и т.д. Загрязнение среды осуществляется и сточными водами металлургических заводов.
К наиболее опасным загрязнителям относят свинец, кадмий и ртуть, затем медь, олово, ванадий, хром, молибден, марганец, кобальт, никель, сурьму, мышьяк и селен.
В изменяющемся ландшафте вокруг металлургических предприятий можно выделить две зоны. Первая, с радиусом 3–5 км, непосредственно примыкающая к предприятию, характеризуется практически полным разрушением исходного природного комплекса. Здесь часто отсутствует растительность, в значительной мере нарушен почвенный покров, исчезли населявшие комплекс животные и микроорганизмы. Вторая зона более обширная, до 20 км, выглядит менее угнетенной – здесь редко происходит исчезновение биоценоза, но нарушены отдельные его части и во всех компонентах комплекса наблюдается повышенное содержание элементов-загрязнителей.
Химическая промышленность – одна из самых динамичных отраслей в большинстве стран; в ней часто возникают новые производства, внедряются новые технологии. Но с ней связано и появление множества современных проблем загрязнения окружающей среды, вызванных как ее продукцией, так и технологическими процессами производства.
Данная отрасль, как и металлургия и энергетика, относится к числу чрезвычайно водоемких. Вода участвует в производстве большинства важнейших химических продуктов – щелочей, спиртов, азотной кислоты, водорода и т.д. На производство 1 т синтетического каучука требуется до 2800 м3 воды, 1 т резины – 4000 м3, 1 т синтетического волокна – 5000 м3. После использования вода частично возвращается в водоемы в виде сильно загрязненных сточных вод, что приводит к ослаблению или подавлению жизнедеятельности водных организмов, отчего затрудняются процессы самоочищения водоемов.
Состав воздушных выбросов химических предприятий также чрезвычайно разнообразен. Нефтехимические производства загрязняют атмосферу сероводородом и углеводородами; производство синтетического каучука – стиролом, дивинилом, толуолом, ацетоном; производство щелочей – хлористым водородом и т.д. В больших количествах выбрасываются и такие вещества, как оксиды углерода и азота, аммиак, неорганическая пыль, фторсодержащие вещества и многие другие.
Одна из наиболее проблематичных сторон воздействия химических производств заключается в распространении в природе ранее не существовавших соединений. Среди них особо вредными считаются синтетические поверхностно-активные вещества – СПАВ (иногда их называют детергентами). Они попадают в окружающую среду при производстве и использовании в быту различных моющих средств. Поступая с промышленными и бытовыми стоками в водоемы, СПАВ плохо задерживаются очистными сооружениями, способствуют появлению в воде обильной пены, придают ей ядовитые свойства и запах, вызывают гибель и перерождение водных организмов и, что очень существенно, усиливают токсическое действие других загрязнителей.
Таковы основные негативные воздействия на природные системы ведущих отраслей мировой промышленности. Естественно, что перечисленным влияние промышленности не исчерпывается: есть машиностроение, использующее продукцию металлургии и химической промышленности и вносящее свой вклад в рассеяние многих веществ в окружающей среде; есть такие водоемкие отрасли, как целлюлозно-бумажная и пищевая, обеспечивающие к тому же большую долю органических загрязнений среды, и др. На основании анализа воздействия на экологию трех основных производств можно определить характер и пути промышленных загрязнений среды для любой отрасли, для чего необходимо знать специфику производства.
