Биосфера и человечество. Основные проблемы охраны окружающей среды и пути их решения

Беляков В.В.

Калининградский государственный университет

1. Состояние среды и ресурсов биосферы в связи с ростом народонаселения и развитием научно-технического прогресса.

Человек до тех пор, пока численность его была мала, был лишь одним из биологических видов, обитающих на Земле, подчиняясь тем же законам, что и другие организмы, и влияние его на функции природных систем и биосферы в целом было незначительным. Но специфика человека состоит в том, что в процессе эволюции он все больше и больше высвобождался из-под прямой зависимости от внешней среды и увеличивал свое воздействие на нее.

Общественный труд человека привел его к быстрому развитию производственной деятельности и техническому прогрессу. Рост численности населения и интенсивный прогресс техники породили возникновение своеобразного антропогенного обмена между человеческим обществом и средой. Система антропогенного обмена включает в себя ввод исходных веществ, т.е. природных ресурсов, в производство, их переработку с использованием энергии и вывод в окружающую среду отработанных веществ, т.е. производственных и бытовых отходов и отслуживших свой срок готовых изделий.

Однако этот антропогенный обмен крайне несовершенен. Он носит открытый незамкнутый характер и лишен того круговорота жизни, который присущ биосфере в целом. Сейчас, когда численность населения составляет 5 млрд. человек, объем и скорость антропогенного обмена достигли такого уровня, при котором все отчетливее в глобальном масштабе проявляется напряженность и на вводе, и на выводе из системы. На вводе в систему напряжение определяется тем, что природные ресурсы небезграничны, как это считалось не так давно. Так, по данным статистического ежегодника ООН, разведанные мировые запасы каменного угля будут истощены примерно к 2500 году, нефти - к 2100, природного газа - к 2020 г., урана к 2000 г., железной руды - к 2050 г. Уже сейчас 1/3 населения планеты испытывает недостаток в пресной воде. Происходит рост затрат на добычу энергетических и минеральных ресурсов. Например, затраты на добычу 10 тонн нефти к 1980 г. по сравнению с 1970 г. возросли почти в два раза.

За последние два века площадь лесов сократилась с 56% до 26% поверхности суши. Особую тревогу вызывают тропические леса, площадь которых сократилась на 70%. В настоящее время сведение лесов планеты идет со скоростью 12 млн. га, т.е. почти 1% лесопокрытой площади в год.

В европейской части нашей страны уже не существует природной зоны смешанных лесов и природной зоны южной тайги. Они вырублены, сейчас это лесо-луговые зоны, островные леса - леса среди лугов и полей, пастбищ, сенокосов.

Проблемы сведения растительности в ближайшие десятилетия, очевидно получат наибольшую остроту, т.к. с ними связаны атмосферно-климатические и глобально-энергетические сдвиги.

Конкретно речь идет о возможном начале истощения ресурсов кислорода. Для того, чтобы сжигать оставшиеся ресурсы нефти, газа, а тем более угля, нужен кислород. Леса пока с лихвой покрывают те расходы кислорода, которые забирает отечественная промышленность в то время как в США эта доля равна 60%, в Швейцарии - всего лишь 20%. В то же время "кислородный голод" и недопустимое увеличение в атмосфере концентрации СО , создавая тепловой эффект, в совокупности с промышленными выбросами энергии и загрязнителей может вызвать неблагоприятные климатические аномалии. Существенным регулятором всех этих процессов служит лес.

С 1600 года на Земле вымерло 94 вида птиц и 63 вида зверей. По данным международного союза охраны природы, гибель 85% птиц и 75% видов зверей связана с деятельностью человека. Сегодня опасность исчезновения грозит более чем 600 видам птиц и около 120 видам зверей.

За исторический период человечество потеряло из-за водной, ветровой эрозии и других разрушительных процессов (засоления, заболачивания, засорения) почти 2 млрд. га продуктивных земель - больше чем ныне находится под пашнями и пастбищами. Темпы современного опустынивания - 5-7 млн. га. в год. Если его не остановить, то, по прогнозам ООН, к концу тысячелетия планета утратит до 1/3 земель, которыми люди располагали еще в 70 годах. В СНГ только в результате водно-хозяйственных мероприятий потеряно (затоплено, засолено, пересушено) около 2% территории, еще около 6% находятся в критическом состоянии.

Ветровой эрозии подвержено около 60 млн. га, водной - только в Европейской части РФ - 50 млн. га. В ряде районов планеты зарегистрировано оседание грунта после выборки полезных ископаемых.

Весьма напряженно обстоит дело с продовольственными ресурсами. Они распределяются очень неравномерно. Например, в 1960 г. в среднем каждый житель Европы, Северной Америки и Океании получал с пищей 3050 ккал, тогда как житель Юго-Восточной Азии, стран ближнего Востока, Африки, Латинской Америки имел в своем распоряжении лишь 2150 ккал. Имеющиеся материалы показывают, что в мире половина населения Земного шара питается хорошо, покрывая свои энергетические потребности на уровне, который соответствует их физиологическим затратам при деятельностном существовании. По данным за 1983 год, каждый житель Западной Европы в сутки получал с пищей 3380 ккал., в СНГ на одного человека приходилось 3450 ккал., в США - 3780 ккал. В то же время около 500 млн. человек не были обеспечены в полной мере нормальным питанием, они не доедали, что сказывалось на их здоровье, психике и деятельности. К настоящему времени это положение лишь усугубилось. Кроме того, существует проблема не только количества, но и качества пищи. Это особенно касается белков. Их достаточное количество в пище необходимо. Наилучший рацион для человека - это правильное сочетание белков животного и растительного происхождения. Белков ежегодно нужно 1 г. на 1 кг веса, т.е. в среднем 60-70 г., из них 50% должны быть животного происхождения. А животные белки распределены также очень неравномерно. Если в СНГ, в странах Западной Европы, США и Японии население в общем получает достаточное количество белков животного происхождения, то жители стран Юго -Восточной Азии, Африки испытывают недостаток в белковой пище. Не следует, однако, думать, что люди, располагающие возможностью хорошо питаться, получают лишь пользу от обильной и полноценной пищи. Стремясь есть много и хорошо, многие переедают, что ведет к развитию серьезных заболеваний, увеличивающих процент смертности. Врачи США вынуждены были заявить, что основная проблема охраны здоровья в этой стране не рак и не полиомиелит, а излишек веса людей. Общая биомасса американцев превышает оптимальную цифру более чем на 250 млн. кг. "Американцы - это наиболее обеспеченная жильем, одеждой, машинами и сверх меры развлекающаяся нация на Земле", - пишет известный американский эколог Оливер Оуэн (О.Оуэн, 1977 г.). В СНГ также половина взрослого населения имеет избыточный вес, а 25% имеют явные признаки ожирения, что отрицательно сказывается на их здоровье.

Так обстоит дело на входе в систему антропогенного обмена.

Гораздо хуже дело на выходе: гигантские отходы производства ухудшают природную среду, загрязняя ее. Имеет место тепловое загрязнение. КПД энергетических установок не превышает в среднем 30 %, и около 70% добываемой энергии идет на нагрев биосферы. Если даже принять, что удвоение производимой энергии будет происходить каждые 60 лет, то через 300 лет, по подсчетам М. М. Ермолаева, количество выделяемого при деятельности человека тепла станет равным притоку его от солнца. Такой процесс вместе с "парниковым эффектом" от увеличения в атмосфере СО2 может привести к гибели высокоорганизованных видов растений и животных, которые не смогут успеть приспособиться к быстрому изменению энергетического баланса в биосфере.

Не менее опасно шумовое загрязнение, оно вызывает нервное расстройство, понижение работоспособности и умственной деятельности. При шуме в 60 - 90 дцб. у человека возникают неприятные ощущения, при 120 - 130 дцб. - боль в ушах, при 150 - потеря слуха, при 180 - смерть. Городской шум, по оценкам специалистов, снижает производительность физического труда на 30 процентов, умственного - на 60 процентов.

Возрастает загрязнение воздуха пылью. Например в Лос-Анжелесе в атмосферу выделяется до 400 т. пыли в день, а в Нью-Йорке - до 13.3 млн. тонн сажи в год. Часто при отсутствии достаточного движения воздуха над городами повисает "смог" - дымовой туман, содержащий ядовитые газы (SO2, NO2), пыль, сажу. А в Лондоне в 1952 году от "смога" в течение 5 дней погибло 4000 человек. Общую тревогу вызывает все возрастающее загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей. Выхлопные газы содержат CO, оксиды азота, углеводороды, озон, свинец и другие вредные компоненты, а среди углеводородов - канцерогенные вещества. Металлургические заводы и работающие на угле электростанции поставляют в атмосферу NO2, SO2, которые с водой дают сернистую, серную и азотную кислоты. Выпадают кислотные дожди, оказывающие вредное влияние на живые системы и постройки.

В городах СНГ, где проживает около 18 процентов населения, т.е. около 50 млн. человек, концентрация в воздухе загрязняющих веществ периодически превышает предельно допустимые нормы в 10 и более раз. Особенно загрязнен воздух городов: Запорожья, Уфы, Ангарска, Братска, Волгограда, Нижнего Новгорода, Нижнего Тагила, Челябинска, Караганды и др.

Стало тревожить нас и качество атмосферного воздуха курортов - Ялты, Сочи, Светлогорска, Зеленоградска.

Не менее интенсивно идет загрязнение вод нефтью и нефтепродуктами, растворами фосфорных и азотных удобрений, фенолом. Содержание в Каспийском море только фенола уже сейчас превышает допустимый норматив в несколько раз. Содержание фенола в Черном море в 2 раза выше нормы. К сожалению не улучшается обстановка на Байкале, Балхаше, Иссык-Куле, Севане.

Во внутренние водоемы страны до сих пор за год сбрасывается в среднем около 20 км3 загрязненных сточных вод. Примерно в 40% контролируемых водных объектов загрязнение превышает нормативы в 10 раз. Многие реки превратились в сточные канавы, а океан нередко называют всемирной помойкой. Возрастает загрязнение среды бытовыми отходами: в США на городские свалки в виде твердых отходов ежегодно попадает около 30 млрд. пустых бутылок, 50 млрд. консервных банок, более 1 млрд. телевизоров, 9 млрд. старых автомобилей.

Самое страшное, что в биосферу вносятся многие чуждые ей вещества. Они, как правило, не разлагаются на исходные вещества, идущие вновь в производство, и не депонируются, как это имело место в биосфере прошлого. Но зато они способны накапливаться в живых организмах. Это радиоактивные отходы, ядохимикаты, синтетические моющие средства, пластмассы и т.д. Все это приводит к серьезным заболеваниям человека и животных, растений, нарушению генного аппарата и прямой гибели. Всего в мире синтезировано около 4 млн. несвойственных природе соединений, оказывающих мутагенные воздействия. Нарушаются биохимические циклы элементов в биосфере, изменяется климат и т.д.

В последние годы возникла угроза уменьшения озонового слоя на верхней границе биосферы, защищающего живые организмы на Земле от губительного ультрафиолетового излучения солнца. В 1985 году зарегистрировано истончение озонового слоя над Антарктидой, где размеры "озоновой дыры" достигли размеров территории США. Последствия этого явления чрезвычайно опасны для всего мира. Причинами его могут быть фреоны, в настоящее время широко используемые в лаках, инсектицидах, парфюмерных изделиях, кондиционерах, морозильных установках и т.д. Фреоны - это газы, фторосодержащие насыщенные углеводороды, главным образом, производные метана и этана. Кроме фтора в молекулах фреонов обычно содержатся атомы хлора, реже - брома, например, СF2Cl2, CFCl3. Фреоны без цвета и запаха, плохо растворяются в воде. Они не токсичны, но попадая в стратосферу и разлагаясь под действием ультрафиолетовых лучей, они высвобождают чистый атомарный хлор, в свою очередь разрушающий озон. Потенциально виновником истощения озонового слоя считают сейчас и закись азота N2O. Она содержится в выбросах химических заводов (рыжий дым), образуется при разложении азотных удобрений, содержится в вулканических газах. Большую опасность для всего живого представляет радиоактивное загрязнение среды отходами АЭС. Когда ядро урана или какого-либо другого тяжелого элемента делится, образуются ядра более легких атомов - йода, цезия, стронция, кобальта и примерно 30 других. Обычно они представляют собой их нестабильные изотопы. Они переходят в стабильное состояние, испуская элементарные частицы (нейтроны, протоны, электроны, позитроны) и высокоэнергетическое радиоактивное излучение. Сами же нестабильные изотопы называются радиоактивными веществами (радиоизотопами, радионуклидами). Кроме непосредственных продуктов деления ядерного топлива нестабильными могут стать и другие вещества внутри и вокруг реактора, поглотив испускаемые при ядерной реакции нейтроны. Все эти прямые и косвенные продукты расщепления называются радиоактивными отходами. Из таких же веществ состоят радиоактивные осадки при ядерном взрыве. Радиоактивное излучение проникает через живые ткани подобно крошечным пулям. Оно не оставляет внешних следов и само по себе не чувствуется, но способно разрушить молекулы в составе клеток. В больших дозах радиация может нанести им такой вред, что они перестанут делиться. Поэтому их используют в терапии для разрушения раковых опухолей. Однако если сильно облучить все тело, клеточное деление нарушится практически во всех тканях, а значит, станет невозможным нормальное обновление крови, кожи и т.д. Возникает так называемая лучевая болезнь, которая может привести к смерти. Радиация опасна и в низких дозах, так как может повреждать молекулы ДНК, т.е. генетический материал организма. Деление клеток с такой измененной (мутантной) ДНК иногда становится бесконтрольным и ведет к развитию злокачественных опухолей. Облучение яйцеклетки или сперматозоидов чревато врожденными дефектами у потомства.

Напряженная ситуация с энергетическими, минеральными и другими ресурсами, а также рост загрязненности среды и его последствия в 60-х годах нашего столетия не могли не взволновать мировую общественность.

Весной 1968 года итальянский общественный деятель и бизнесмен, член руководства фирмы "Фиат" Аурелио Печчеи разослал приглашения 30 видным европейским ученым и представителям делового мира для участия в обсуждении назревших проблем. 6-7 апреля в Риме в старой национальной академии состоялась встреча приглашенных. В результате дискуссии решено было создать международную организацию "Римский клуб". Юридически эта организация зарегистрирована в Швейцарии. Из других стран в нее входят Россия, Польша, Румыния, Югославия. Для изучения намеченных проблем решено было использовать математическое моделирование. Применение кибернетических методов и математических расчетов привело зарубежных ученых к страшным прогнозам. Согласно этим прогнозам, представленным в первом докладе "Римскому клубу" и опубликованным в книге "Пределы роста" (1972г.), если развитие общества будет следовать современным тенденциям, то в первой половине XXI века человечество ожидает экологическая катастрофа в результате роста населения, истощения естественных природных ресурсов и загрязнения среды обитания человека. Предотвратить грядущую катастрофу, считают авторы, можно лишь на путях глобального равновесия, т.е. в результате стабилизации численности мирового народонаселения, отказа от дальнейшего расширения общественной производственной деятельности и т.д. В октябре 1974 года в Западном Берлине состоялся 2-ой доклад "Римскому клубу" - "Региональные катастрофы, стратегия выживания". В последующие годы сделано еще около 10 докладов "Римскому клубу", посвященных все той же проблеме угрозы экологического кризиса. Анализ этих докладов дан в книге "Модели мира и образ человека" (Лейбан, 1982 г.). Как отечественные и зарубежные ученые рассматривают эту проблему и пути ее решения ?

2. Проблема населения

Главной причиной воздействия человека на биосферу является все увеличивающаяся его численность. Так, полагают, что примерно 9 тыс. лет назад на Земле жило не более 10 млн. человек, в начале нашей эры - 200 млн., в 1000 году - 175 млн., в середине XVII века - 500 млн., в 1950 - 2.5 млрд., в 1964 - 3.2 млрд., а в 1975 - около 4,5 млрд., сейчас - более 5 млрд. По данным ООН, в период с 1975 по 1985 отмечен самый высокий процент прироста численности населения 2 - 2,1 %. К 2000 году население Земли составит 6,5 млрд., а к середине XXI века - 12,5 млрд. Увеличение численности людей ускоряет технический прогресс, а следовательно, влечет за собой увеличение воздействия человека на биосферу. Некоторые западные демографы, продолжая эти расчеты, предсказывают мрачные картины катастрофической перенаселенности к концу XXI века. Вспоминается учение Мальтуса и его последователей. Однако механическое перенесение в будущее нынешних темпов роста населения не оправдано. В странах Европы и Северной Америки этот прирост составляет около 1% и продолжает сокращаться. Некоторые признаки торможения прироста отмечаются и для развивающихся стран в результате повышения образовательного и культурного уровня, вовлечения женщин в производство, возрастания доли городского населения, ослабления влияния религии и др. факторов. Таким образом, есть основания предполагать, что темпы прироста населения снизятся и оно стабилизируется под воздействием социальных, экономических и культурных факторов на уровне 12 -13 млрд. Однако в будущем человечество все же станет перед необходимостью стабилизировать свою численность, что не составит больших трудностей в условиях определенных общественных отношений. Ю.Одум уже сейчас предлагает в качестве необходимой меры отмену запретов на планирование семьи, контроль над рождаемостью и абортами с тем, чтобы рождались те дети, которым обеспечена любовь родителей, образование и хорошие условия жизни в пределах локальных ресурсов и пространств (Одум Юю, 1975 г.).

Немаловажную роль в развитых странах в этом деле играет специальная служба планирования семьи. Ее деятельность идет по специальным направлениям:

1. Консультация семейных пар и одиноких клиентов по вопросам биологии размножения, по отрицательным и положительным особенностям различных методов контрацепции, позволяющих избежать нежелательной беременности.

2. Предоставление на выбор противозачаточных средств. Возможно, наиболее перспективное средство - это норплант, маленькая капсула, которая при имплантации в руку женщины выделяет вещества гормональной природы, предупреждающие беременность. Одной капсулы хватает на 5 лет, но ее можно в любой момент удалить, прекратив контрацептивное действие. Норплант уже разрешен ВОЗ. Во Франции одна фармацевтическая компания разработала препарат, известный под названием RU-486, который прерывает беременность, если его принять в пределах 6 недель после нежелательного зачатия. Он разрешен во Франции и Китае. О других средствах можно получить консультацию у гинеколога.

3. Консультации по вопросам здоровья матери и ребенка в до- и послеродовой периоды. Упор на полноценное питание и санитарно-гигиенические нормы.

4. Ознакомление с преимуществами для здоровья перерывов между беременностями. Упор на выкармливание грудью как на идеальный источник полноценного питания и естественный способ контрацепции.

5. Поскольку ни один метод контрацепции не дает полной гарантии, нежелательные беременности возможны. В таких случаях должны быть разрешены аборты с помощью специалистов в стерильных условиях, это исключит отрицательные последствия.

3. Пути охраны и рационального использования ресурсов биосферы