Общая экология

Отходы от английских и французских атомных заводов загрязнили радиоактивными элементами практически всю Северную Атлантику, особенно Северное, Норвежское, Гренландское, Баренцево и Белое моря. В загрязнение радионуклидами акватории Северного Ледовитого океана некоторый вклад сделан и нашей страной.

Работа трех подземных атомных реакторов и радиохимического завода (производство плутония), а также остальных производств в Красноярске-26 привела к загрязнению одной из самых крупных рек мира - Енисея (на протяжении 1 500 км). Очевидно, что эти, радиоактивные продукты уже попали в Северный Ледовитый океан.

Воды Мирового океана загрязнены наиболее опасными радионуклидами цезия-137. стронция-90, церия-144, иттрия-91, ниобия-95, которые, обладая высокой биоаккумулирующей способностью переходят по пищевым цепям, и концентрируются в морских организмах высших трофических уровней, создавая опасность, как для гидробионтов, так и для человека. Различными источниками поступления радионуклидов загрязнены акватории арктических морей, так в 1982 г. максимальные загрязнения цезием-137 фиксировались в западной части Баренцева моря, которые в 6 раз превышали глобальное загрязнение вод Северной Атлантики. Значительную опасность вызывают затопленные в Карском море (около архипелага Новая Земля) 11 тыс. контейнеров с радиоактивными отходами, а также 15 аварийных реакторов с атомных подводных лодок.

До 2000 г. в мире было проведено примерно 1850 испытаний ядерного оружия, причем последствия атомных взрывов в атмосфере имели глобальный характер. Во время испытания ядерного оружия, особенно до 1963 г., когда проводились массовые ядерные взрывы, в атмосферу было выброшено огромное количество радионуклидов. Так, только на арктическом архипелаге Новая Земля было проведено более 130 ядерных взрывов (только в 1958 г. -46 взрывов), из них 87- в атмосфере.

Наибольшее загрязнение атмосферы радиоактивными веществами происходит в результате взрывов атомных и водородных бомб. Каждый такой взрыв сопровождается образованием грандиозного облака радиоактивной пыли. Взрывная волна огромной силы распространяет ее частицы во всех направлениях, поднимая их более чем на 30 км. В первые часы после взрыва осаждаются наиболее крупные частицы, несколько меньшего размера -- влечение 5 суток, а мелкодисперсная пыль потоками воздуха переносится на тысячи километров и оседает на поверхности земного шара в течение многих лет.

Пыль долго держится в атмосфере и поглощает значительную часть солнечной радиации. В атмосферу поступает большая масса сотен различных радионуклидов, которые постепенно выпадают на всей поверхности планеты. Расчеты ученых показывают, что даже при локальном применении ядерного оружия образовавшаяся пыль будет задерживать большую часть солнечного излучения. Наступит длительное похолодание («ядерная зима»), которое приведет к гибели всего живого на Земле.

Радиоактивному воздействию подвергается не только наземно-воздушная, но и водная и подземная среды, а из за миграции атомов на планете нет ни одного радиационно-безопасного участка. Концентрация радионуклидов постепенно возрастает по пищевым цепям. В костях окуня и ондатры их содержание возрастает в 3000-4000 раз по сравнению с концентрацией в воде. Это имеет существенные негативные последствия для живых организмов, включая и человека, и биосферы в целом. Установлено, что коэффициент накопления стронция-90 в раковинах моллюсков днепровских водохранилищ относительно воды достигает 4800 (Францевич и др.; 1995). Поэтому при оценке воздействия радионуклидов на среду необходимо учитывать эффект биологического накопления их живыми, организмами и последствия для естественных экосистем.

Наиболее опасны для человека изотопы цезия и стронция, которые адсорбируются на почве и затем по пищевым цепям попадают в организм человека.

На большей части территории Российской Федерации мощность экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения на местности соответствует фоновым значениям и колеблется в пределах 10...20 мкР/ч. В результате радиационного обследования городов и населенных пунктов страны явлены сотни участков локального радиоактивного загрязнения, характеризующихся МЭД гамма-излучения от десятков мкР/ч до десятков мР/ч (в отдельных случаях -- Р/ч). На этих участках находятся утерянные, выброшенные или произвольно захороненные источники ионизирующих излучений различного назначения, технологические отходы производств и содержащие радионуклиды стройматериалы. Эти загрязнения повышают риск для населения получить опасную дозу облучения в самом неожиданном месте, в том числе и в собственном доме, когда, например, строительные панели становятся мощным источником ионизирующего излучения. ПО «Маяк». Самое крупное из известных сейчас скоплений радионуклидов находится на Урале, в 70 км к северо-западу от Челябинска на территории производственного объединения «Маяк». ПО «Маяк» было создано на базе промышленного комплекса, построенного в 1945-- 1949 гг. Здесь в 1948 г. был пущен первый в стране промышленный атомный реактор, в 1949 г. -- первый радиохимический завод, изготовлены первые образцы атомного оружия. В настоящее время в производственную структуру ПО «Маяк» входят ряд производств ядерного цикла, комплекс по захоронению высокоактивных материалов, хранилища. и могильники РАО. Многолетняя деятельность 1Ю «Маяк» привела к накоплению огромного количества радионуклидов и сильному загрязнению районов Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей. В результате сброса отходов радиохимического производства непосредственно в открытую речную систему Обского бассейна через р. Теча (1949--1951 гг.), а также вследствие аварий 1957 и 1967 гг. в окружающую среду было выброшено 23 млн. Ки активности. Радиоактивное загрязнение охватило территорию в 25 тыс. км" с населением более 500 тыс. человек, Официальные данные о десятках поселков и деревень, подвергшихся загрязнению в результате сбросов радиоактивных отходов в р. Теча, появились только в 1993 г.

В 1957 г. в результате теплового взрыва емкости с РАО произошел мощный выброс радионуклидов (церий-144, цирконий-95, стронций-90, цезий-137 и др.) с суммарной активностью 2 млн. Ки. Возник «Восточно-Уральский радиоактивный след» длиной до 110 км (в результате последующей миграции даже до 400км) и шириной до 35--50 км. Общая площадь загрязненной территории, ограниченной изолинией 0,1 Ки/км" по стронцию-90, составила 23 тыс. км. Около 10 тыс. человек из 19 на-селенных пунктов в зоне наиболее сильного загрязнения с большой задержкой были эвакуированы и переселены.

Зона радиационного загрязнения на Южном Урале расширилась вследствие ветрового разноса радиоактивных аэрозолей с пересохшей части технологического водоема № 9 ПО «Маяк» (оз. Карачай) в 1967 г. В настоящее время в этом резервуаре находится около 120 млн Ки активности, преимущественно за счет стронция-90 и цезия-137. Под озером сформировалась линза загрязненных подземных вод объемом около 4 млн м3 и площадью 10 км2. Существует опасность проникновения загрязненных вод в другие водоносные горизонты и выноса радионуклидов в речную сеть.

По данным радиационного мониторинга, выпадения цезия-137 из атмосферы в районах, расположенных в зоне влияния ПО «Маяк», в течение 1994г. были в 50--100 раз больше, чем в среднем по стране. Высоким остается и уровень загрязнения местности цезием-137 в пойме р. Теча. Концентрации етронция-90 в речной воде и в донных отложениях в 100--1000 раз превышают фоновые значения. В каскаде промышленных водоемов в верховьях Течи содержится 350 млн м3 загрязненной воды, являющейся по сути низкоактивными отходами. Суммарная активность твердых и жидких РАО, накопленных в ходе деятельности ПО «Маяк». достигает 1 ПО «Маяк». Самое крупное из известных сейчас скоплений радионуклидов находится на Урале, в 70 км к северо-западу от Челябинска на территории производственного объединения «Маяк». ПО «Маяк» было создано на базе промышленного комплекса, построенного в 1945-- 1949 гг. Здесь в 1948 г. был пущен первый в стране промышленный атомный реактор, в 1949 г. -- первый радиохимический завод, изготовлены первые образцы атомного оружия. В настоящее время в производственную структуру ПО «Маяк» входят ряд производств ядерного цикла, комплекс по захоронению высокоактивных материалов, хранилища. и могильники РАО. Многолетняя деятельность 1Ю «Маяк» привела к накоплению огромного количества радионуклидов и сильному загрязнению районов Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей. В результате сброса отходов радиохимического производства непосредственно в открытую речную систему Обского бассейна через р. Теча (1949--1951 гг.), а также вследствие аварий 1957 и 1967 гг. в окружающую среду было выброшено 23 млн. Ки активности. Радиоактивное загрязнение охватило территорию в 25 тыс. км" с населением более 500 тыс. человек, Официальные данные о десятках поселков и деревень, подвергшихся загрязнению в результате сбросов радиоактивных отходов в р. Теча, появились только в 1993 г.

В 1957 г. в результате теплового взрыва емкости с РАО произошел мощный выброс радионуклидов (церий-144, цирконий-95, стронций-90, цезий-137 и др.) с суммарной активностью 2 млн. Ки. Возник «Восточно-Уральский радиоактивный след» длиной до 110 км (в результате последующей миграции даже до 400км) и шириной до 35--50 км. Общая площадь загрязненной территории, ограниченной изолинией 0,1 Ки/км" по стронцию-90, составила 23 тыс. км. Около 10 тыс. человек из 19 на-селенных пунктов в зоне наиболее сильного загрязнения с большой задержкой были эвакуированы и переселены.

Зона радиационного загрязнения на Южном Урале расширилась вследствие ветрового разноса радиоактивных аэрозолей с пересохшей части технологического водоема № 9 ПО «Маяк» (оз. Карачай) в 1967 г. В настоящее время в этом резервуаре находится около 120 млн Ки активности, преимущественно за счет стронция-90 и цезия-137. Под озером сформировалась линза загрязненных подземных вод объемом около 4 млн м3 и площадью 10 км2. Существует опасность проникновения загрязненных вод в другие водоносные горизонты и выноса радионуклидов в речную сеть.

По данным радиационного мониторинга, выпадения цезия-137 из атмосферы в районах, расположенных в зоне влияния ПО «Маяк», в течение 1994г. были в 50--100 раз больше, чем в среднем по стране. Высоким остается и уровень загрязнения местности цезием-137 в пойме р. Теча. Концентрации етронция-90 в речной воде и в донных отложениях в 100--1000 раз превышают фоновые значения. В каскаде промышленных водоемов в верховьях Течи содержится 350 млн м3 загрязненной воды, являющейся по сути низкоактивными отходами. Суммарная активность твердых и жидких РАО, накопленных в ходе деятельности ПО «Маяк». достигает 1 млрд Ки. Сосредоточение огромного количества РАО, загрязнение поверхностных водоемов, возможность проникновения загрязненных подземных вод в открытую гидрографическую систему Обского бассейна создают исключительно высокую степень радиационного риска на Южном Урале.

Не только нынешнее, но и последующие поколения будут помнить Чернобыль и ощущать последствия этой катастрофы. В результате взрывов и пожара при аварии на четвертом энергоблоке ЧАЭС с 26 апреля по 10 мая 1986 г. из разрушенного реактора было выброшено примерно 7,5 т ядерного топлива и продуктов деления с суммарной активностью около 50 млн Ки. По количеству долгоживущих радионуклидов (цезий-137, стронций-90 и др.) этот выброс соответствует 500--600 Хиросимам.

Из-за того, что выброс радионуклидов происходил более 10 суток 11ри меняющихся метеоусловиях, зона основного загрязнения имеет веерный, пятнистый характер (рис. 1.1). Кроме 30-километровой зоны, на которую пришлась большая часть выброса, в разных местах в радиусе до 250 км были выявлены участки, где загрязнение достигло 200 Ки/км". Общая площадь «пятен» с активностью более 40 Ки/км2 составила около 3,5 тыс. км2, где в момент аварии проживало 190 тыс. человек. Всего радиоактивным выбросом ЧАЭС в разной степени было загрязнено 80% территории Белоруссии, вся северная часть Правобережной Украины и 19 областей России. В целом по РФ загрязнение, обусловленное аварией на ЧАЭС, с плотностью 1 Ки/км2 и выше охватывает более 57 тыс. км2, что составляет 1,6% площади КГР (табл. 1.1). Уточненные в 1994 г. границы площадей. загрязненныхцезием-137, по сравнению с 1993 г. почти не изменились. Следы Чернобыля обнаружены в большинстве стран Европы (табл. 1.2), а также в Японии, на Филиппинах, в Канаде. Катастрофа приобрела глобальный характер.

3.1.9 Демографическая проблема

Причина всех общепланетарных экологических проблем сводится к проблеме народонаселения.

Народонаселение - это совокупность людей, живущих на нашей планете в целом или в пределах какой-либо ее части. Воспроизводство населения зависит от многих факторов, которые обычно разделяют на медико-биологические, социально-экономические и целостно-мировоззренческие. На протяжении большей части человеческой истории рост численности народонаселения был малозаметен. Однако в ХVIII-ХIХ вв этот процесс стал набирать темпы и чрезвычайно резко ускорился в первой половине XX в (рост численности пошел по экспоненциальной кривой, рис. 10).

Некоторые цифры:

1830 г-1 млр.человек

1930 г-2 млр.человек

1977 г-4 млр.человек

1987 г-5 млр.человек

Рис. 10

На октябрь 2000 г население Земли достигло 6 млрд. человек. Бурное (экспоненциальное) развитие народонаселения Земли связано с демографической революцией.

Демографическая революция -- это переход от традиционного типа воспроизводства населения, основанного на равновесии высокой смертности и высокой рождаемости, к более прогрессивному типу, в основе которого -равновесие низкой смертности и низкой рождаемости. Среди главных причин, вызвавших изменение демографической ситуации - прежде всего успехи профилактической и излечивающей медицины, способствовавшие существенному снижению относительных показателей смертности населения (в том числе детской), а также рост потребности производства в рабочей силе. Однако, затем продолжительное время относительно низкая смертность сочеталась с высокой рождаемостью. Это привело к демографическому взрыву, т.e. к резкому увеличению народонаселения.

В развитых странах начало демографического перехода (революции) отмечено в конце XVIII в, а завершился он, практически, к началу XX в. В развивающихся странах этот процесс наблюдается и в настоящее время.

Согласно данным, приводимым К.М. Петровым [14], население мира увеличивается сегодня примерно на 80-90 млн. человек в год, но плотность населения в различных районах планеты неодинакова. Это проявляется даже в пределах стран, где, как правило, большая часть населения концентрируется в городах. Распределение численности населения в различных регионах имеет следующие особенности:

1. Европа - высокая плотность, слабый прирост населения.

2. Сибирь и Северная Америка - низкая плотность, слабый прирост населения.

3. Центральная Америка, Африка, Восток - низкая плотность, быстрый прирост населения.

4. Индия, Китай, Юго-Восточная Азия - высокая плотность, быстрый прирост населения.

Плотность населения в Нидерландах, Японии, Индонезии достигает 300 чел/км². Рекорд по перенаселению принадлежит Египту, где плотность составляет 1000 чел/км². Основной прирост населения Земли в настоящее время приходится на развивающиеся страны. Это провоцирует обострение экологических и социальных проблем - дефицит продовольствия, возникновение и распространение эпидемий, инфекционных заболеваний, периодически вспыхивающих межэтнических, религиозных и кастовых конфликтов, а также все более усугубляющееся отставание в уровне культурного развития.

В настоящее время выделяют некоторые негативные последствия роста численности населения Земли:

- рост материального потребления;

- рост городских агломераций;

- загрязнение среды;

- падение уровня жизни;

изменение структуры населения и его скученность.

Рост потребления. Рост населения не пропорционален росту потребления, т.к. он обычно сопровождается падением уровня жизни. Потребление возрастает, прежде всего, за счет тех областей, которые мало связаны с уровнем жизни (например, потребление зерна, риса и т.п.).

Рост городов. В силу того, что сельскохозяйственное производство не предоставляет дополнительных рабочих мест, избыточное население сосредотачивается в городах. Рост городов происходит нередко за счет сельскохозяйственных угодий, что, в свою очередь, ведет к усилению оттока населения из сел в города.

Загрязнение среды возрастает из-за увеличения объема бытовых отходов, роста городов как наиболее мощных источников загрязнения, интенсификации сельскохозяйственного производства. Загрязнение провоцирует рост заболеваемости, запуская механизм естественного отбора, ведущего к ухудшению генофонда.

Падение уровня жизни. Основные факторы падения уровня жизни связаны с ростом численности населения, ростом цен на землю, удорожанием жилищного строительства, ресурсов, всех систем жизнеобеспечения, а также с ростом непроизводительных расходов.

Изменение структуры населения. Сдвиг в пользу городского населения с ростом его численности сопровождается:

- изменением соотношения возрастных групп (омоложение населения, сопровождаемое ростом безработицы среди молодежи, преступности и общей социальной нестабильности);

- изменением соотношения полов в младших возрастных группах (число мальчиков превышает число девочек);

- изменением соотношения полов в старших возрастных группах (снижение продолжительности жизни мужчин по сравнению с женщинами, увеличение числа одиноких женщин среднего и пожилого возрастов).

Скученность. Скученность населения ускоряет процесс загрязнения среды, провоцирует гормональные нарушения у человека, увеличивает степень конфликтности и агрессивности в семье и на производстве. Социально-психологические последствия скученности - отчуждение, утрата социальной значимости личности, снижение ценности жизни, социальные безразличия и карьеризм, саморазрушение (алкоголизм, наркомания, половые извращения), преступность.

Демографическая проблема остается актуальной и в начале XXI в. Население планеты постоянно растет. Сегодня эта проблема волнует и демографов, и социологов, и экономистов, и экологов, и политиков. Предполагается, что снижение числа жителей Земли произойдет не ранее середины XXI в, когда популяция людей может достигнуть 12 млрд. человек. Это грозит включением так называемых экологических факторов, зависящих от плотности населения. Высокая численность населения и его подвижность способствуют распространению болезней, опасных для здоровья и жизни людей. Теоретически вероятны шквалы заболеваний, например пандемии гриппа, неконтролируемое лавинообразное распространение ВИЧ-инфекции и др. Многие специалисты отмечают, что чем выше будет численность и плотность населения, хуже состояние общего здоровья, тем катастрофичнее будут последствия эпидемий и пандемий.

С прогрессирующим ростом населения неизбежно связана проблема голода. Зона, где большинство населения страдает от голода и недоедания, протянулась по обе стороны экватора и включает многие страны Азии, Латинской Америки, Африки. Специалисты ООН считают, что голодающих около 500 млн. человек, эксперты МБРР (международный банк реконструкции и развития) называют более 1 млрд. человек. Еще большее число людей недоедает, то есть испытывает недостаток в питании необходимых питательных веществ (белков, жиров, витаминов, микроэлементов). Однако развитие негативных событий отнюдь не обязательно, если будут учтены экологические закономерности и ограничения, если человечество вложит значительные силы и средства в сферу оптимизации своего воспроизводства.

Проблема народонаселения потенциально вполне разрешима, хотя решение ее не может быть стандартным для всех стран. К началу XXI в. отмечаются следующие демографические тенденции:

1. В развивающихся странах темп роста населения продолжает увеличиваться. Рекордсменом здесь остается Африка, где ежегодный прирост населения в среднем 2,8% (в 3 раза выше, чем в США) - в Кении он достигает 4,2%, в Индостане - 2,5%, на Ближнем Востоке - 2%. Некоторые страны провели и проводят более или менее жесткую политику регулирования рождаемости: в Китае рекомендуется один ребенок в семье, в Индии - двое детей. Однако, по данным МБРА, решительный поворот к сокращению рождаемости в этих странах могут обеспечить только разумные социальные преобразования -поднятие жизненного уровня, улучшение социального обеспечения, повышение уровня образования и грамотности населении. К середине 70-х годов появились первые признаки снижения темпов прироста населения в Китае и Индии. Это во многом стало возможным благодаря росту занятости женщин на производстве, возрастанию городского населения, повышению культурного уровня, ослаблению влияния религии и традиций, успехам здравоохранения, реализации экономических мер, стимулирующих отказ от рождения детей и ряду других факторов.

2. В экономически развитых странах в конце XX в рост населения замедлился, произошло выравнивание показателей рождаемости и смертности. Эта стадия характерна для развитых стран Европы, США. Японии, где годовой прирост населения составляет примерно 1 % и продолжает сокращаться.

3. В ряде стран наблюдается «демографический кризис» - снижение рождаемости, увеличение смертности. К таким странам относится Россия. Задача правительства стабилизировать демографическую ситуацию.

Как считают сегодня специалисты, комплексное действие социальных, экономических и культурных факторов, влияние системы просвещения приведут к заметному снижению темпов прироста населения в развивающихся странах. В этом случае общее народонаселение нашей планеты во второй половине XXI в, достигнув 10-12 млрд. человек стабилизируется на этом уровне, после чего, по-видимому, начнется постепенное сокращение его численности. По мнению большинства ученых обеспечение в будущем такого числа людей продовольствием и жильем - задача вполне реальная. Ряд ученых предлагает конкретные пути решения проблемы обеспечения населения Земли продуктами питания.

Диаграммы возрастной структуры

Проследить динамику роста населения на планете и в целом в отдельной стране позволяет изучение возрастной структуры населения, т.е. распределение его по возрастным категориям. Возрастная структура показывает процент населения, или число жителей обоих полов, находящихся в определенном возрасте. Демографы составляют диаграммы возрастных структур, распределяя общее число мужчин и женщин по трем возрастным категориям:

0-14 лет- дорепродуктивный возраст;

15-44 г- репродуктивный возраст;

45-85 и старше - пострепродуктивный возраст.

Полученная диаграмма (рис. 11) отражает состояние народонаселения в стране, в отдельном регионе.

Рис. 11. Типы возрастных пирамид

Типы возрастных пирамид

1. «Пирамида с широким основанием» - развивающееся общество (рис. 11.1). Она отражает высокую долю детей в возрасте до 15 лет по сравнению с долей пожилых людей и старше 65 лет. Характерна для стран с быстро растущим населением (Мексика, Китай, Индия, Африка, Латинская Америка, Ближний Восток и другие развивающиеся страны).

2. «Колокол» - общество (популяция) находится в стабильном состоянии, возрастные группы распределены относительно равномерно. Такой тип пирамиды характерен для большей части экономически развитых стран - США, Япония, ряд стран Европы. Характерен небольшой прирост населения (рис. 11.2).

3. «Урна» и «монумент» («обелиск») характерны для вырождающегося общества (популяции). Это пирамида с очень узким основанием, в этих странах процент жителей до 15 лет немного меньше, чем пожилых людей (рис. 10.3а) или примерно одинаковое число людей, но мало во всех возрастных группах (рис. 10.3б). В этих странах практически нулевой прирост населения или его нет совсем.

3.1.10 Сокращение озонового слоя

С начала 20 века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения - ультрафиолета-В.

Озон это разновидность кислорода. Он был открыт в 1839 году немецким химиком Шенбейном, а в 1873г. английский химик Гартли обнаружил его в приземной атмосфере.

Молекула озона состоит из трёх атомов кислорода, а молекулярный кислород состоит из двух атомов. Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода.

O₂ + уф >> 2O;

O+O₂ + (O₂ или N₂) >> O₃ + (O₂ или N₂).

(Реакция была открыта в 1930 г. Сиднеем Чепманом).

Особо эффективно озон образуется из молекулярного и атомного кислорода на высоте 30-70 км. Выше эта реакция протекает плохо, так как молекул кислорода там мало, а ниже этого диапазона плохо проникает ультрафиолетовое излучение, которое нужно для его образования.

Свойства трёхатомной молекулы озона принципиально отличаются от двухатомной молекулы молекулярного кислорода. Озон остаётся газом до температуры -111,9 гр. С. При понижении температуры он переходит в жидкость тёмно-синего света. Если температуры опустить до -192,7 гр. С., то жидкость превратится в тёмно-фиолетовые кристаллы.

Озон обладает огромной реакционной способностью и легко реагирует со многими веществами. В нижних слоях атмосферы, где подобных веществ много, озон является недолговечным загрязняющим веществом. Но в стратосфере, веществ, с которыми может реагировать молекула озона не так много, поэтому там он сохраняется в течение длительного времени.

В воздухе озон присутствует всегда. Его концентрация у земной поверхности составляет в среднем 10-6%.

Общая схема движения озона выглядит примерно так. В стратосфере озон образуется с участием атомного кислорода. В стратосфере атомного кислорода очень мало по сравнению с озоном. Атомный кислород образуется под действием солнечного излучения. Как только с заходом Солнца солнечное излучение исчезает, образование атомного кислорода прекращается. Тот атомный кислород, который был образован до этого момента, идёт на создание озона.

Ночью пока нет солнечного излучения, разрушение озона не происходит. Исчезает озон в различных реакциях с химическими соединениями и под действием солнечного излучения. Поскольку в атмосфере от 100 км и до поверхности земли происходит интенсивное перемешивание, то вступать в реакцию с озоном в стратосфере могут химические соединения, которые образовались на земле, в её приземном слое, а затем из-за перемешивания были подняты в атмосферу. Для того, что бы слой оставался неизменным, должен существовать баланс между количеством образующегося озона и озоном, который разрушается.

Озоновый «экран» расположен в стратосфере, на высотах от 7-8 км. на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22 - 24 километров над Землей.

Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2-4 мм толщиной (минимум - в районе экватора, максимум - у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация.

Озоновый слой в стратосфере важен тем, что он поглощает определённый диапазон солнечного излучения. Наиболее сильно длину волн 253.65нм. Этот диапазон приходится на ультрафиолетовое излучение Солнца. Озоновый слой толщиной всего лишь 3мм (при температуре 0⁰С и нормальном давлении) способен снизить интенсивность излучения на этой длине волн в число раз, равное 10⁴⁰.

Полоса поглощения озона от 200 до 300нм в честь её первооткрывателя, была названа полосой Гартли. Но имеются и другие полосы поглощения озона (более слабые) от 300 до 360 нм. Это полоса Хюгинса. И волны от 440 до 850 нм. Это полоса поглощения Шапюи.

В последнее время внимание ученых обращено на один из видов качественных загрязнителей среды - хлорфторуглеродистые соединения - фреоны (ХФУ), имеющие чисто антропогенное происхождение. Эту группу газов широко используют в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах, в виде растворителей, распылителей, стерилизаторов, моющих средств и др. было обнаружено крайне негативное воздействие фреонов на озоновый слой атмосферы.

С начала 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового слоя. В середине 1970-х гг. Была высказана гипотеза о разрушении озонового слоя хлор-, фтор- или бром- содержащими веществами используемыми в промышленности, проникающими в верхние слои стратосферы. Их назвали озоноразрушающими веществами (ОРВ).

Сначала гипотеза не вызвала большого интереса и к ней вернулись лишь спустя 10 лет. Было доказано, что накопившись в тропосфере, ХФУ проникают в стратосферу и катализируют (прежде всего благодаря выделению свободного хлора) реакции разложения озона, тонкий слой которого защищает землю от ультрафиолета. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона.

В настоящее время выявлены несколько механизмов разрушения озонового слоя:

1. Азотный фотохимический механизм.

Под влиянием солнечного излучения (особенно сильно это выражено в годы с максимальной солнечной активностью) в мезосфере увеличивается содержание оксидов азота. Оксиды опускаются на высоту 20 - 30 км и вступают в реакцию с озоном.

2N₂О + O₂ + gуф >> 4NO;

NO + O₃ >> NO₂ + O₂;

NO₂ + O >> NO + O₂;

--------------------

О₃ + О >> 2О_2.

(Процесс был описан в 1970 г. Паулем Крутценом).

Оксиды азота попадают в атмосферу разными путями. Во-первых, естественным путем, при котором оксиды образуются на определенных стадиях природного азотного цикла. Во-вторых, при антропогенном загрязнении воздуха. В этом случае оксиды выбрасываются автомобильным и авиационным транспортом, а также космическими ракетами при запусках.

2.Хлорный механизм.

Этот механизм описан в 1973 году исследователями из Калифорнийского университета Марио Молина и Шерри Роуленд (эти исследователи получили за свое открытие Нобелевскую премию 1995 года по химии). Главная роль в процесс разрушения озонового слоя принадлежит здесь сложным химическим веществам - хлорфторуглеводородам, которые часто называют фреонами. Эти вещества были открыты в 1928 г. химиком концерна "Дюпон де Немур" Томасом Мигдли (им же придуман и тетраэтилсвинец - добавка к бензину). Производство было впервые налажено компанией "Дженерал Моторс". Основным производителем фреонов до недавнего времени являлась компания "Дюпон" (США). Крупнейшие страны-производители: США - 31% от общего объема производства, Западная Европа - 30%, Япония - 12%, Россия - 8%. Среди неучтенных стран крупнейший производитель - Китай. Фреоны производятся человеком и особенно важными являются два из них - фреон-11 (CFCl3) и фреон-12 (CF2Cl2). С земной поверхности они попадают в верхние слои атмосферы. Там под действием ультрафиолетового излучения фреоны разрушаются, высвобождая свободный хлор. Свободные атомы хлора вступают в реакцию с озоном.

CFCl3 (CF₂ Cl2) + gуф >> Cl + остаток;

Cl + O₃ >> ClO + O₂;

ClO + O >> Cl + O₂;

----------------------

О₃ + О >> 2О₂.

Это цепная реакция, поэтому один атом хлора может разрушить 100 000 атомов озона, пока не уйдет из стратосферы (атомы хлора могут, например, реагировать с метаном с образованием соляной кислоты (HCl), которая либо опускается в тропосферу и выпадает на поверхность в виде кислого дождя, либо опять разрушается и выпускает атом хлора).

За последние 20-25 лет в связи с увеличением выбросов фреонов, а также окислов азота, защитный озоновый экран уменьшился приблизительно на 2%, а по другим данным до 5%. По расчетам ученых уменьшение озона на 1% увеличивает ультрафиолетового излучения на 2%. Кроме того, в северном полушарии снижение озонового слоя произошло на 3%, причем в зимние месяцы, когда низкие температуры способствуют воздействию фреонов на озоновый слой, понижение доходит до 5%. С экономико-географических позиций это объясняется наибольшим выбросом фреонов США - 31%, Западной Европой - 30%, Японией - 12%, странами СНГ - 10%.

Более того, над некоторыми территориями стали возникать «озоновые дыры», которые отличаются более сильным разрушением озонового слоя.

Первая «дыра» была обнаружена над Антарктидой в 1978г. В 1985г. английские ученые опубликовали сообщение о том, что ежегодно в октябре над Антарктидой кол-во озона в атмосфере уменьшается на 40-50%, а иногда падает почти до нуля. При этом размеры дыры колеблются от 5 млн до 20 млн км2. Более того, озоновая дыра разрастается. Особенно ярко выраженной она была в 1992г.

Озоновая "дыра" существует не постоянно. Она появляется в начале антарктической весны в середине октября и исчезает через месяц. На высотах 13-24 км озоновый слой разрушается полностью, а на других сильно уменьшается.

Тщательные исследования атмосферы выявили снижение концентрации озона и в Северном полушарии. Вторая подобная дыра была обнаружена над Арктикой. Она меньше по размерам и состоит из нескольких малых дыр, но в большей степени влияет на жителей Евразии.

В середине 1980-х гг. содержание озона начало падать над территорией средних широт северного полушария. В конце 1994г. возникла огромная озоновая дыра над территорией зарубежной Европы, России, США. В начале 1995г. было зарегистрировано рекордное (на 40%) падение содержания озона над территорией Восточной Сибири. Весной 1997г. снова наблюдалось аномально низкое содержание озона над Арктикой и значительной частью Восточной Сибири. Диаметр этой дыры составил приблизительно 3000 км.

По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ-В излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана.

Под давлением научных фактов и общественности многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ.

Было заключено несколько международных соглашений о запрещении производства фреонов. В 1985 году была подписана «Венская конвенция об охране озонового слоя».

16 сентября 1987 г. был принят Монреальский протокол о замораживании производства и потребления хлорфторуглеводородов к 1990 г. на уровне 1986 года, сокращении производства на 20% к 1994 г., на 30% к 1999 г. Под ним, подписались около 150 стран, Россия в то числе.

В 1990 г. - Лондонский протокол о 50% сокращении производства и потребления хлорфторуглеводородов к 1995 г. и полном прекращении к 2000 году. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя.

Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ).

В России в 1999 году Постановлением Правительства установлено, что с 1 августа 1999 г. производство на территории Российской Федерации озоноразрушающих веществ, осуществляется по квотам, определяемым Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды совместно с Министерством экономики Российской Федерации исходя из расчетных ставок, сроков и других требований Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, 1987 года.

При этом производство озоноразрушающих веществ с 20 декабря 2000 г. осуществляется только в тех случаях, когда эти вещества используются исключительно как сырье для производства других химических веществ, и в особых случаях, предусмотренных Монреальским протоколом.

С 1 марта 2000 г. ввоз в Российскую Федерацию и вывоз из Российской Федерации озоноразрушающих веществ, осуществляется только в случаях:

· использования этих озоноразрушающих веществ исключительно в качестве сырья для производства других химических веществ;

· в особых случаях их применения, предусмотренных Монреальским протоколом;

· транзитных перевозок их через Российскую Федерацию из государств и в государства, являющиеся Сторонами Монреальского протокола.

Запрещается с 1 июля 2000 г. создание на территории Российской Федерации новых мощностей по производству озоноразрушающих веществ.

Позднее Президент издал распоряжение, в котором еще раз заявил, что Госкомэкология России и Минэкономики России являются ответственными за реализацию мероприятий по охране озонового слоя. И рекомендовал органам исполнительной власти субъектов Российской Федерации разработать и осуществить в 1999 - 2000 годах комплекс мероприятий, направленных на исключение из производства и потребления озоноразрушающих веществ и переход организаций независимо от их организационно-правовой формы на озонобезопасные технологии.

Таким образом, Российская Федерация принимает все возможные меры по выполнению Венской конвенции и Монреальского протокола.

По данным ООН, благодаря согласованным усилиям мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производство пяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились. Однако на ближайшие годы придется пик истощения озоносферы, а наиболее сложным был 1998 год. После этого, по мнению ученых ученые, озоновый слой начал медленно восстанавливаться. По другим данным использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов - концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере активных фотохимических соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

3.1.11 Парниковый эффект и его последствия

Парниковый эффект - способность атмосферы накапливать тепло. Т.е. действует принцип парника. Солнечные (коротковолновые) лучи свободно проходят через пленку или стекло, нагревают почву, от которой тепло передается воздуху. Воздух и почва испускают длинноволновую радиацию, которую стекло или пленка не пропускают. Температура в парнике или теплице оказывается на десятки градусов выше, чем снаружи. Это явление и получило название парникового эффекта. Парниковый эффект всегда был характерен для земли. Часть длинноволновой радиации, излучаемой Землей, удерживается в атмосфере. В результате среднегодовая температура воздуха у поверхности Земли равна +14⁰. При отсутствии парникового эффекта температура воздуха была бы ниже на 37⁰.

Длинноволновую радиацию задерживают в основном пары воды и углекислый газ. К парниковым газам также относятся СН₄, NО_2, фреоны (Н: зимой при облачной погоде теплее, чем в ясный день).

Радиационный баланс Земли (R) складывается из 5 факторов:

· Q - прямая солнечная радиация;

· q - рассеянная солнечная радиация;

· A - альбедо (величина отраженной радиации от поверхности Земли, растений, домов и т.п., выраженная в % от поступающей радиации);

· В₃ - излучение Земли;

· В_А - противоизлучение атмосферы.

Т.о. R = (Q + q) (1 - А) - В₃ + В_А

Все величины в нормальных условиях устойчивы, но при увеличении в атмосфере парниковых газов или увеличении количества поступающего тепла из других источников радиационный баланс нарушается.

Источники тепла:

· Тепло Солнца;

· Поступление тепла из океана;

· Недра Земли, тепло, выделяемое при извержениях вулканов, горячих источников, гейзеров и т.п.;

· Тепло, выделяемое при окислительных процессах в почве;

· Тепло, выделяемое при энергопотребелении человеком. По прогнозам годовой прирост энергопотребления составит 0,5 - 0,7% в год.

Одновременно промышленные предприятия поставляют большое количество парниковых газов: СО₂, СН₄, NО_2, О_3, фреоны.

В настоящее время эти источники, а возможно и другие еще не исследованы достаточно, но работы гляциологов, изучающих льды Антарктида, Гренландии, Арктики (академик В.М. Котляков и его сотрудники) выяснили, что в период последнего оледенения содержание СО₂ в атмосфере было меньше на 25%, а в межледниковую эпоху больше на 40% по сравнению с современностью. Содержание СН₄ от пиков оледенения к межледниковым периодам возрастало почти в 2 раза.

Определение содержания парниковых газов в ледниковом корне в Антарктиде за последние 200 лет показало их рост. Количество СО₂ в атмосфере возросло на 17, 5%, метана более, чем в 2 раза, NО₂ на 8 - 10 %, что коррелируется с масштабами сжигания минерального топлива. Содержание фреонов в атмосфере возросло в 8 раз. Эти цифры соотносятся с ростом населения. Исследования подтверждают, что климат быстро реагирует на повышение парниковых газов в атмосфере, однако, расчеты показывают, что потепление климата только на 40% вызвано антропогенным воздействием, остальные 60% связаны с природными факторами.

Основные антропогенные факторы и процессы, которые могут вызвать потепление климата:

· Поступление СО₂ при сжигании топлива (выделяется 80% СО₂ от массы сожженного). Необратимые процессы начнутся когда концентрация СО₂ вдвое превысит концентрацию газов в доиндустриальную эпоху (280 млн ^-1), т.е. 560 частей СО₂ на миллион частей воздуха;

· Поступление оксида азота при сжигании топлива;

· Утечка СН₄ в процессе добычи и транспортировке газа;

· Поступление СН₄ от жвачных животных и рисовых полей.

Природные факторы:

· Вулканическая активность, насыщающая атмосферу оксидом серы и СО_2,

· Поступление парниковых газов из разломов и рифтовых зон;

· Поступление оксида азота в атмосферу из почвы, мирового океана;

· Поступление метана из болот, из термитников. Суммарное поступление метана из антропогенных и природных источников около 1 млрд т. в год.

· Работа системы «атмосфера - океан», влияющая на температуру атмосферы земли.

· Природные циклы. Н:

900 - 1300 гг. теплый период, более теплый, чем современный. В Арктике было теплее на 5⁰.

14 - 19 вв. - холодный период. Снеговая граница в горах Европы понизилась на 200м. Средняя температура Земли была ниже современной на 2⁰.

За последние 100 лет температура воздуха на Земле повысилась на 0,75⁰ по С. Не исключено, что в конце 19 вв. началось новое потепление, которое достигнет максимума в середине 22 века. Антропогенный эффект накладываясь на естественный природный цикл усиливает его.

Подтверждением потеплению климата служат следующие факты:

· С 1924 по 1945г. Площадь морских льдов в Российском секторе Арктики сократилась на 1 млн кв. км., что позволило обычным судам преодолевать северный морской путь за 1 навигацию.

· Местами уже на 10м ушла вниз верхняя граница вечной мерзлоты в Восточной Сибири (А.С. Монин, 1970).

· К 1980г. Температура в Арктике повысилась на 1,8⁰С.

· Местами уже в настоящее время в Арктике размывы берегов составляют от 0,4 до 4 метров в год.

· Море Лаптевых, разрушая берега, наступает на сушу со скоростью 10-12, даже 20 метров в год (Г.Александровский, 2000г.).

· Уровень океана повысился за последние сто лет на 10-15 см. Бангладеш потеряла не менее 25 тыс. кв.км (18%) своей территории.

Последствия потепления атмосферы.

Природные, связанные с нарушением сложившихся связей в атмосфере:

· Таяние льдов в Антарктиде и Гренландии, что поднимает уровень воды в океане и приводит к затоплению низменностей - т.е. самых плодородных территорий на Земле.

· Уничтожение льдов вблизи полюсов снизит интенсивность циркуляции воздушных масс, изменит тепловой и воздушный баланс на Земле;

· Снизится количество осадков;

· Климат средних широт станет более континентальным;

· Изменится зональность биосферы и географической оболочки: в экваториальных широтах повысится температура, перенос тепла в высокие широты снизится;

· Антарктида и Гренландия, освобожденные ото льда, начнут потихоньку подниматься, что вызовет изменение циркулярных потоков в подкорковом веществе. Увеличится скорость расползания некоторых литосферных плит, усилятся землетрясения, вулканизм; в атмосфере возрастет еще больше количество парниковых и озоноразрушающих газов;

· Таяние ледников приведет к тому, что реки с ледниковым питанием сначала будут полноводными, затем сток снизится и реки обмелеют.

· Пустыни умеренных и тропических широт станут более злыми и более жаркими;

· Начнет деградировать вечная мерзлота, которая приведет к исчезновению лесов в Сибири, там большей частью возникнут болота; исчезновение мерзлоты снизит конденсационные осадки в Сибири, обмелеют реки; начнутся провалы зданий, различного рода сооружений.

· В зоне вечной мерзлоты начнется термокарст - протаивание грунта, образование провалов и озер.

· Начнется термоабразия берегов Северного Ледовитого океана, сооруженных мерзлыми грунтами, их разрушение и наступление моря на сушу.

· За 21 столетие предполагается подъем воды в океане от 1 до 4 м., что приведет к затоплению островов, гибели многих коралловых рифов. При полном таянии льдов в Антарктиде и Гренландии уровень воды в океанах повысится более, чем на 100 метров. Исчезнут под водой значительные части Амазонии, Северо-Европейских низменностей, Придунайских равнин, Миссисипской низменности, Ла-Платской низменности, наиболее плодородные земли Австралии, Великой Китайской равнины, Индо-Гангской низменности. В России будут затоплены значительные части Причерноморской и Прикаспийской низменностей с плодородными почвами.

· Произойдет вымирание многих диких животных, т.к. им не будет хватать пищи.

Антропогенные:

· Затопление плодородных земель приведет к миграции людей с низменных плодородных территорий на возвышенности и в горы, менее плодородные.

· Начнутся конфликты, болезни, войны, которые резко сократят население земного шара.

Возможно ли приостановление этих явлений? Это зависит от их причины.

Если потепление вызвано антропогенными факторами, то вполне возможно. Для этого необходимо уменьшение эмиссии парниковых газов в атмосферу. В 1997г. В Киото (Япония) состоялась конференция стран, подписавших конвенцию в Рио-де-Жанейро (1992г.) по стабилизации климата, где были приняты решения по ограничению выбросов СО₂ в атмосферу, а в 2000 году - к его резкому сокращению. Но это может привести к замедлению развития слаборазвитых стран и следовательно к еще большему расслоению мира по экономическим показателям.

Если потепление вызвано природными факторами, то нет, но мы можем минимизировать последствия глобального потепления и продумать меры, способствующие нашему выживанию.

3.1.12 Ресурсный кризис

Наша планета Земля обладает определенными ресурсами.

Ресурсы - компоненты окружающей среды, используемые для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества (ресурсы животного и растительного мира, земельные, лесные, водные, рекреационные, эстетические и др.).

Ресурсы, биосферы называются естественными или природными.(Схема).



По возможности использования ресурсы подразделяются на 2 группы:

Необходимо всегда помнить об их ограниченности. Охрана природных ресурсов заключается в рациональном использовании, управлении и защите с тем, чтобы их хватило настоящим и будущим поколениям. В случае хищнического их использования, когда восстановление не успевает за потреблением, окружающая среда деградирует, что ведет к экологическому кризису, а в дальнейшем к экологической катастрофе.

3.2 Экология урбанизированных территорий

3.2.1 Урбанизация и ее проблемы

Первые города появились около 3000 л.н. на берегах Тигра и Евфрата, а позднее Нила в связи с необходимостью защиты от врагов, а также в связи с развитием ремесел и торговли. Постепенно эти города разрастались, увеличивалось и их число. Этот процесс получил название урбанизации. В ХХ веке урбанизация резко возросла и стала мощным экологическим фактором, сопровождающимся преобразованием ландшафта, земельных и водных ресурсов, массовым производством отходов, поступающих в атмосферу, гидросферу и литосферу, т.е. изменением всей среды обитания человека.

В ХХ веке максимальная средняя плотность населения отмечалась в Барселоне - самом густонаселенном городе Европы - 70 тыс. человек на 1 км². Но абсолютная максимальная плотность в некоторых городах еще выше, например, в Гонконге - 1,5 млн человек на 1 км².

Общая площадь урбанизированных территорий Земли составляла в 1980г. 4,69 млн. км² , а в 2070г. прогнозируется 19 млн. км², т.е. 12,8% общей и более 20% жизнепригодной территории суши (Раймерс Н.Ф., 1990).

На территории РФ все населенные пункты подразделяются на 2 категории:

· Города и поселки городского типа;

· Сельские поселения.

Городом называется населенный пункт, численность постоянно проживающего населения которого равна 10-12 тыс., а социальный состав включает не менее 85% рабочих и служащих.

В настоящее время города перерастают в городскую агломерацию - пространственно и функционально единую группировку поселений городского типа, составляющую общую социально-экономическую и экологическую систему. Агломерации подразделяются на конурбации и мегаполисы.