Цель: Выявить влияние антропогенных факторов на биосферу, определить понятия основных глобальных экологических проблем.

1.  Экологический кризис и экологическая катастрофа.

2.   Парниковый эффект

3.   Кислотные дожди.

4.   Истощение озонового слоя.

5.   Опустынивание.

Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере связаны и сопровождаются круговоротом вещества и энергии. В отличие от чисто геологических процессов биогеохимические циклы с участием живого вещества имеют значительно более высокие интенсивность, скорость и количество вовлеченного в оборот вещества.

С появлением и развитием человечества процесс эволюции заметно видоизменился. На ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов для земледелия, выпас скота, промысел и охота на диких животных, войны опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных сообществ, истреблению отдельных видов животных. По мере развития цивилизации, особенно после промышленной революции конца средних веков, человечество овладевало все большей мощью, все большей способностью вовлекать и использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы вещества - как органического, живого, так и минерального, косного.

Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX веке в результате очередной промышленной революции. Бурное развитие энергетики, машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. В.И.Вернадский писал: "Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли". Это предупреждение пророчески оправдалось. Последствия антропогенной (предпринимаемой человеком) деятельности проявляется в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия человека на окружающую среду. При современном уровне развития производительных сил деятельность человеческого общества сказывается на биосфере в целом.

Развитие человеческого общества никогда не было бесконфликтным, непротиворечивым процессом. Среди бесчисленных проблем, которые постоянно выдвигает жизнь, есть проблемы, являющиеся «вечными» спутниками цивилизации. Одной из таких проблем предстает противоречие между развитием цивилизации и природной средой, в которой оно происходит. При этом сама природа - не только внешнее окружение, оболочка, в которой развивается общество. Общество - это органическая часть природы, а история человечества - часть истории природы.

В отдельные моменты развития происходит накопление и обострение противоречий между природой и обществом; это влечет за собой возникновение чрезвычайных ситуаций, приводящих к дестабилизации или разрушению социальной и природных систем. Такие ситуации возникают взрывообразно - вследствие технологических катастроф - вызревают скрыто, принимая форму экологического кризиса, имеющего затяжной характер. Кризисы обусловлены серьезным загрязнением окружающей среды и подрывом потенциала природных ресурсов.

Несмотря на частое употребление слов «экологический кризис» и «экологическая катастрофа», мы не задумываемся над их научным содержанием. Наиболее общий признак такой ситуации - это неустойчивое, переходное состояние, которое формируется в результате изменений лимитирующих экологических факторов. К экологическим кризисам относят сейчас не только кризисные состояния природных экосистем, но и ухудшение здоровья человека, кризис ресурсов, энергетический кризис.

Различия между кризисными и катастрофическими процессами условны, но их можно определить следующим образом. Если после негативного воздействия сохраняется возможность восстановления, хотя бы частичного, нарушенных структурно-функциональных характеристик экосистемы, состояние соответствует кризисному. Катастрофической же является ситуация с существенными негативными необратимыми последствиями, для ликвидации которых в масштабах жизни поколения требуется принятие и реализация волевых инженерных и административных решений. Экологический кризис не является новым явлением, атрибутом 20 века.

Развитие цивилизации привело к появлению феномена антропогенных катастроф и аварий, экологические последствия которых имеют угрожающие масштабы. У всех катастроф, произошедших в разных точках земного шара, есть общая причина. Общий принцип событий можно сформулировать так: насыщение производства и сферы услуг современной техникой сопровождается резким увеличением цены технической неполадки или человеческой ошибки.

Несмотря на успехи развитых стран в области охраны окружающей среды и совершенствования технологий, прогресс в энерго - ресурсосбережении, все же в глобальном масштабе идет деградация систем жизнеобеспечения: изменяется газовый состав атмосферы, что приводит к усилению парникового эффекта, на тысячи километров от источника переносятся кислотные осадки, истощается озоновый слой. Не решена провозглашенная ООН задача обеспечить всех жителей Земли чистой питьевой водой.

Глобальные экологические проблемы

Научно-технический прогресс вызвал многие последствия, которые от носят к экологическим. Сложилось обоснованное мнение о том, что последствием прогресса является деформация окружающей среды. Прежде всего, это было замечено в отношении увеличения концентраций так называемых малых газов в атмосфере. Темпы их ежегодного прироста составляют: диоксида углерода - 0,5 %, метана - 0,9, оксидов азота 0,25, хлорфторуглеводородов - 4%.

Тенденция роста концентрации малых газов особенно резко появилась в середине ХХ века. Сравнения стали возможны благодаря анализу палеотемператур. Основой для их определения служит анализ соотношения стабильных изотопов во льду. Анализ ледяных кернов в Антарктиде позволил установить характерную тенденцию роста. Сейчас их роль в парниковом эффекте не вызывает сомнений.

Парниковый эффект - это удержание значительной части тепловой энергии Солнца у земной поверхности. Парниковые газы препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли, и атмосфера, насыщенная ими, действует как крыша теплицы. Она, пропуская внутрь большую часть солнечного излучения, почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

Понятие парникового эффекта вначале появилось в физике. Оно было сформулировано Тиндаллом еще в 1863 г. В 1896 г. Аррениус показал, что диоксид углерода, составляющий ничтожную часть атмосферы (примерно 0,03 %), поддерживает ее температуру на 5 - 6 ^оС выше, чем если бы этот газ отсутствовал. В 1938 Каллендер впервые высказал предположение о возможном влиянии антропогенных выбросов углекислого газа на климат.

При глобальном потеплении на 1^оС количество осадков заметно возрастет на широтах от 10 до 30 ^о с.ш. к северу от 50 ^о с.ш., в то время как между 30 и 50 ^о с.ш. количество осадков даже уменьшится.

Если прогнозы о предстоящем потеплении на ближайшие 50 лет оправдаются, то оно будет происходить в результате комбинации естественных температурных трендов и парникового эффекта.

Гипотеза парникового эффекта основана на представлениях о высокой чувствительности термического режима Земли к изменениям концентрации диоксида углерода в атмосфере с учетом тенденции роста потребления минерального топлива на ближайшие десятилетия.

Парниковый эффект приводит к таянию «ледовых шапок», к повышению уровня Мирового океана, к наводнениям, которые мо-гут смести целые острова и государства. Эксперты полагают, что уровень Мирового океана повыситься к концу столетия почти на один метр. Так обернется потепление для одних стран. Но для других - это засухи, падение урожаев, эпидемии и массовый голод.

Глобальные потепление может привести к тому, что морские потоки найдут другие пути, что приведет к изменению климата в Европе, поскольку теплая вода Гольфстрима уже не будет прод­вигаться так долеко на север, как сейчас.

Резкое сокрашение популяции белых медведей, пигвинов, за­топление обжитой полосы пляжей на десятках тысяч кило-метров, глобальный дефецит пресной воды - таковы другие воз-можные последатвия бесконтрольного выброса парниковых газов.

Глобальное потепление нанесет серьезный урон морским эко­системам. Затопление прибрежных мелководий лишит молодь ры-бы, птицы, креветок, моллюсков и других обитателей морей нагульных мест. Это приведет к существенному сокращению коли-чества морепродуктов, добываемых для пропитания человечества. Наибольий урон понесут страны, добывающие большую часть пищевого белка в морях и океанах.

Климатические изменения могут преподнести неожиданности населению Земли. Продвижение тропических и субтропических зон от экватора к полюсам будет неизбежно сопровождаться расширением ареалов обитания болезнетворных насекомых, пара-зитов, микробов и вирусов, которые принесут в средние широты тяжелые и нередко смертельные заболевания. Ослабление сопро-тивляемости людей заболеваниям из-за надоедания в сочетании с нашесивием нетрадиционных для средних широт болезней может привести к крупным эпидемиям.

Ученые давно высказывали опасения, что глобальное потеп­ление может в конце концов привести к таянию огромного За-падно- Антарктического ледникого щита, что вызовет повышение уровня Мирового океана на катастрофическую величину - 6 м или около этого.

Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит в книге «воздух и дождь: начало химической климатологии». Кислотные дожди, содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб природе.

При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего, сланца, мазута) в составе выделяющихся газов содержатся диоксиды серы и азота. В зависимости от состава топлива их может быть больше или меньше. Особенно насыщенные сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадающие дожди в слабый раствор кислот.

Окислы азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха при высоких температурах, главным образом в двигателях внутреннего сгорания и котельных установках. Получение энергии сопровождается закислением окружающей среды.

Дождевая вода, образующаяся при конденсации водяного пара, должна иметь нейтральную реакцию, т.е. рН=7 (рН - показатель, характеризирующий кислотные или щелочные свойства раствора). Но даже в самом чистом воздухе всегда есть диоксид углерода, и дождевая вода, растворяя его, чуть подкисляется (рН 5,6-5,7). А вобрав кислоты, образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь становится заметно кислым. Уменьшение рН на одну единицу означает увеличение кислотности в 10 раз, на две - в 100 раз и т.д. Мировой рекорд принадлежит шотландскому городку Питлокри, где 20 апреля 1974 г. выпал дождь с рН 2,4 - это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.

В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на химию воды.

Озон жизненно необходим для человека и других живых существ, населяющих освещенную солнцем Землю, поскольку он определяет температурную стратификацию атмосферы и одновременно защищает от интенсивной ультрафиолетовой радиации.

Большая часть озона находится в стратосфере между 15 и 25 км. Он является радиационно-активной малой газовой составляющей и представляет собой продукт природных и антропогенных химических и фотохимических реакций в нижней и верхней атмосфере. Толщина озонового слоя -2-3 мм. Озон является важным парниковым газом.

«Озоновые дыры»- это значительные пространства в озоновом слое атмосферы на высоте 20-25 км с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона.

Истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Оно ослабляет способность атмосферы защищать все живое от жесткого ультрафиолетового излучения, энергии одного фотона которого достаточно, чтобы разрушить большинство органических молекул. Поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, увеличивается количество заболеваний раком кожи и т.д.

Помимо негативного влияния на здоровье, истощение озонового слоя приводит к усилению парникового эффекта, снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды.

Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более всего вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту. В атмосфере фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.

В 1985 г. в Вене была принята конвенция об охране озонового слоя, а в 1987 г. в Монреале подписан международный протокол о сокращении выбросов озонразрушающих веществ.

Существенное уменьшение концентрации озона в стратосфере может оказать разрушительное воздействие на человечество и биосферу в целом.

Опустынивание. Уменьшение или уничтожение биологического потенциала почвы может привести к возникновению условий, аналогичных условиям пустыни.

Основными причинами опустынивания являются увеличение площади подвижных песков, снижение продуктивности пастбищ, истощение местных источников водоснабжения.

Образование пустынь связано с вырубкой лесов и неразумным использованием пастбищ. Учащение засух и, следовательно, недородов, гибель растительности, разрушение почв на значительных территориях связаны между собой, зависят от общей тенденции аридизации суши и усугубляются отрицательными последствиями неразумной деятельности человека.

Вопросы для самоконтроля:

1.          Дайте определение понятиям «Экологический кризис» и «Экологическая катастрофа».

2.       Каковы причины возникновения «парникового эффекта», кислотных дождей, истощения озонового слоя, опустынивания земель.

3.   Какие существуют пути решения глобальных экологических проблем?

4.   На какой высоте от земли находится озоновый слой, и какова его толщина?

5.  Чему был посвящен Монреальский протокол?

6.   Кто и в каком году ввел термин «кислотные дожди»?

7.   Назовите основную причину истощения озонового слоя.

Литература:

Основная литература

1.       Муравей Л.А. . Экология и безопасность жизнедеятельности.-М.: ЮНИТИ, 2000.

2.   Одум Ю.М.: . Экология в 2-х томах.-М.: Мир, 1986.

3.      Рыбальский Н.Г., Малярова М.А., Горбатовский В.В., Савицкий А.И. Экология и безопасность. Справочник в 3-х томах: Безопасность человека-1 том. Экологическая безопасность-2 том. Технологическая безопасность-3 том.-М.: ЭКИП. АУТО, 1994.

4.   Цветкова Л.И., Алексеев М.И., Усанов Б.П. и др. . Экология. Учебник для технических вузов.-М.: АСВ, СПб.: Химиздат, 1999.

Дополнительная литература

1.    Гирусов Э.В. Экология и экономика природопользования.-М.: Закон и право, ЮНИТИ, 1998.

2.   Будыко М.И. Глобальная экология.-М.: Мысль, 1997.

Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология.-М.: Издательство ЮНИТИ, 1998