Антропогенные факторы

Антропогенные факторы связаны с хозяйственной деятельностью человека и оказывают любое влияние на живые организмы. Можно выделить три большие группы явлений, объединенных названием антропогенные факторы:

- изменение численности организмов;

- переселение организмов;

- изменение среды обитания организмов.

Начало действию этих факторов было положено на заре появления НOMO SAPIENS, когда древние люди начали собирать растения и охотиться на животных. Естественная растительность заменялась при этом культурной, животные одомашнивались. Начался селекционный отбор. Начала изменяться природа.

Гумбольдт А. в ХIХ веке написал: «Человеку предшествуют леса, а сопровождает его пустыня». Человек начал сознательно расселять, переселять и акклиматизировать новые для данной местности виды растительности и животных, иногда нанося вред экосистеме. Например, в Белоруссию завезли дальневосточную енотовидную собаку, при этом резко сократилось число гнездящихся на земле птиц, вслед за этим резко возросло число колорадского жука, в результате резко упали урожаи картофеля и томатов и т.д.

Регионы техносферы и территории, примыкающие к очагам техносферы, постоянно подвергают загрязнению атмосферный воздух вредными для человека веществами и их соединениями. В некоторых городах концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе превысили 10 предельно допустимых концентраций для этих веществ. Например, для Братска характерны загрязнения бенз(а)пиреном (сильный канцероген), формальдегидом, сероуглеродом; в Иркутске – это диоксид азота, бенз(а)пи-рен, формальдегид; в Магнитогорске – бенз(а)пирен, сероуглерод; в Москве – формальдегид, бензол, диоксид азота; в Омске – аммиак и формальдегид. Высокие концентрации некоторых веществ в атмосфере приводят к нежелательным последствиям: фотохимическому смогу, к разрушению озонового слоя Земли, к выпадению кислотных дождей, к возникновению парникового эффекта.

Кислотные дожди. Проблема кислотных дождей возникла в 80-е годы. Источниками их являются газы, содержащие серу и азот. Наиболее важные из них: .

Соединения серы и азота, поступая в атмосферу, вступают в химические реакции не сразу, а иногда через 2–8 суток. При этом вместе с атмосферным воздухом серная и азотная кислоты могут «пройти» расстояние до 2000 км от источника выбросов и лишь затем выпасть с кислотными осадками на землю.

Различают прямое и косвенное влияние кислотных осадков. Прямое влияние большой опасности человеку не представляет, так как концентрация кислот в воздухе при этом не превышает ПДК. Опасными такие дожди могут быть лишь детям и больным-астматикам. Прямое воздействие слабых кислот может сказаться на металлоконструкциях (коррозия) и на зданиях и памятниках (взаимодействие с карбидом кальция).

Наиболее опасно попадание кислотных осадков в водоемы и в почву. Попадание кислоты в водоемы повышает кислотность воды (снижает рН), от кислотности зависит растворимость в воде тяжелых металлов, которые по трофическим цепям и непосредственно с водой могут попасть в организм человека. В России осадки с рН=4,0 – 4,5 (очень кислые) наблюдаются в Тюмени, Архангельске, Вологде, Тамбове, Омске.

Парниковый эффект. Состав атмосферы определяет величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли. Экранирующая роль атмосферы позволяет поддерживать среднюю температуру биосферы на уровне + 15°С, тогда как без атмосферы средняя температура биосферы была бы около – 15°С. Основная доля солнечной радиации передается к поверхности Земли в оптическом диапазоне, а отраженная – в инфракрасном спектре. Баланс зависит от наличия в атмосфере газов: и пыли. Чем выше концентрация газов, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космос, тем больше теплоты задерживается в биосфере. В последние годы в связи с развитием теплоэнергетики, автотранспорта, бытовой химии резко стали возрастать концентрации газов в атмосфере. Формирующийся при этом парниковый эффект ведет к потеплению климата, а это повлечет за собой таяние вечных ледников, что опасно затоплением островных стран. По прогнозам к 2050 году уровень моря может подняться на 25–40 см, а к 2100 году – на 2 м! Это приведет к затоплению 5 млн. км² суши (30% всех урожайных земель). Подъем Мирового океана грозит затоплением территорий, лежащих ниже уровня моря: Голландии, Аенеции, Бангладеш, а в России – Санкт-Петербурга.

Парниковый эффект может наблюдаться и на региональном уровне. Антропогенные источники, сконцентрированные в крупных городах, создают около городов в радиусе около 50 км зоны с повышенными на 1–5°С температурами. Эти зоны хорошо просматриваются со спутников.

Разрушение озонового слоя. Озоновый слой – это воздушный слой в верхних слоях атмосферы (стратосфере), состоящий из особой формы кислорода – озона. Молекула озона состоит из трех атомов кислорода (О₃). Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот приблизительно равных 50-ти километров. Однако плотность озона очень низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм. («Reporting on Climate Change»). Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода ( ). Так как озоновый слой поглощает ультрафиолетовое излучение, то его разрушение приведет к более высоким уровням ультрафиолетового излучения на поверхности земли. Это, в свою очередь, вызовет увеличение случаев рака кожи живых организмов (включая человека). Другим следствием повышенного уровня ультрафиолетового излучения станет разогрев поверхности земли и, вследствие этого, изменение температурного режима, режима ветров и дождей и повышение уровня моря.

Впервые о нарушении целостности озонового слоя сообщили в 1985 году британские ученые. По их данным в предшествующие восемь лет были обнаружены увеличивающиеся каждую весну озоновые дыры над Северным и Южным полюсами.

Ученые предложили три теории, объяснявшие причины этого феномена:

1) разрушение озонового слоя окисями азота-соединениями, образующимися естественным образом на солнечном свету;

2) воздушные потоки из нижних слоев атмосферы при движении вверх расталкивают озон;

3) соединения хлора в атмосфере разрушают озон.

Ученые пришли к заключению, что соединения хлора, называемые хлорфторуглеродами (ХФУ), которые широко используются в промышленности и в быту, несут основную ответственность за разрушение озонового слоя Земли. Некоторые виды хлорфторуглеродов используются в качестве охладителей в холодильных установках и кондиционерах. Другие ХФУ применяются для производства поролонов и пенопластов – материалов, широко используемых во многих потребительских товарах, начиная от одноразовой пластиковой посуды и заканчивая изоляционными материалами. ХФУ нашли широкое применение в баллонах для распыления аэрозолей и в качестве веществ для промывания электрооборудования. Источниками хлора и азота являются также атомные взрывы, военные самолеты, ракеты.

Одна молекула хлора может разрушить 10⁵ молекул озона!

Влияние на озоновый слой оказывают также фреоны, продолжительность жизни которых около 100 лет. Источниками фреонов являются холодильные агрегаты и бытовые распылительные баллончики.

По оценкам ученых разрушение озонового слоя в 1974 годы достигло 0,4–1%; к 2010 году прогнозируется разрушение уже 3%; к 2050 – 10%. Ядерная война может сразу уменьшить озоновый слой на 70%.

В 1996 г. была принята международная декларация, запрещающая использование наиболее опасных ХФУ. При соблюдении условий декларации для полного восстановления озонового слоя потребуется не менее 100 лет.

Фотохимический смог. Иная проблема, связанная с озоном, но не связанная с разрушением озонового слоя – это фотохимический смог. Озон в нижних слоях атмосферы (тропосфере) является загрязняющим веществом. Он образуется на свету при реакции оксидов азота с углеводородами. Озон в тропосфере снижает продуктивность сельскохозяйственных культур. Он замедляет фотосинтез в растениях и ослабляет их. По оценкам специалистов, в США ежегодные потери кукурузы, пшеницы, соевых бобов и арахиса, вызванные озоном, достигают от 1,9 до 4,5 миллиардов долларов. В дополнение, озон ускоряет процесс разрушения резиновых изделий, текстиля и покрытий.

Химия фотохимического смога достаточно сложная, но в упрощенном виде может быть представлена следующими уравнениями:

где ПАН – пероксиацилнитраты.

Смог очень токсичен. Для образования смога необходимо в солнечную погоду наличие оксидов азота и углеводородов, которые выбрасываются автотранспортом и промышленными предприятиями. Наиболее вероятное время суток для образования смога – 11–14 часов дня. Различают два вида смога.

Фотохимический смог (или еще его называют Лос-андже-лесский тип смога) возникает, как правило, летом при интенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насыщенный, а вернее перенасыщенный выхлопными газами автомобилей. В Лос-Анджелесе выхлопные газы более четырех миллионов автомобилей выбрасывают более тысячи тонн оксидов азота в сутки. При очень слабом движении воздуха или безветрии в воздухе проходят реакции с образованием новых высокотоксичных загрязнителей – фотооксидантов (озон, органические перекиси, нитриты, ПАН и др.), которые являются причиной раздражения слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения. Только в одном городе Токио смог вызвал отравление 10 тыс. человек в 1970 г. и 28 тыс. – в 1971 г. По официальным данным, в Афинах в дни смога смертность в шесть раз выше, чем в дни относительно чистой атмосферы. В некоторых городах России (Кемерово, Ангарск, Новокузнецк, Медногорск и др.), особенно в тех, которые расположены в низинах, в связи с ростом числа автомобилей и увеличением выброса выхлопных газов, содержащих оксид азота, вероятность образования фотохимического смога увеличивается.

Различают другой тип смога: зимний смог (лондонский тип). Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промышленных городах при неблагоприятных погодных условиях (отсутствие ветра и температурная инверсия). Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300–400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстройству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. В 1952 г. в Лондоне от смога за пять дней погибло более 4 тыс. человек, до 10 тыс. человек тяжело заболели. Рассеять смог может только ветер, а сгладить смогоопасную ситуацию – сокращение выбросов загрязняющих веществ.

Катастрофические экологические изменения связаны с интенсивным загрязнением Мирового океана, который в результате фотосинтетической деятельности одноклеточных зеленых водорослей производит 75% кислорода, насыщающего атмосферу. Наибольшую опасность для жизни Океана представляют нефтяные загрязнения. Сейчас в Океан ежегодно выливается около 10 млн. тонн нефти, которая угрожает жизни водорослей. Ученые просчитали, что при поступлении в Океан 25 млн. тонн нефтепродуктов в год ведет к полному уничтожению в нем всего живого и, тем самым, к перекрытию источника кислорода в атмосферу.

Поступление кислорода в атмосферу Земли в результате фотосинтетической деятельности растений ежегодно составляет 300 млрд. тонн. 90% этого количества расходуют живые организмы биосферы, 10% расходуются промышленностью. Но при нынешних темпах развития промышленность требует все больше кислорода, и через 100 лет (при современной технологии) содержание кислорода в атмосфере может снизиться с 21% до 8%.

Мировой опыт показывает, что для стабилизации экологической ситуации в стране нужно затратить не менее 3% валового национального продукта, а для улучшения экологической ситуации – не менее 5%. Такие расходы несут в настоящее время Германия, Швеция, Англия. Самые большие затраты на природоохранные мероприятия у США – 7%. По данным Комитета по экологии Государственной Думы затраты России на эти цели не более 0,5% [3].