Экстремальные воздействия на биосферу.

Загрязнение окружающей среды - это любое внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии и информации с непременными последствиями в форме снижения продуктивности или разрушения данной экосистемы.

Разнообразные виды вмешательства человека в естественные процессы в биосфере можно сгруппировать по следующим категориям загрязнений (рис. 4.1):

Рис. 4.1. Схема классификации загрязнения экологических систем

ингредиентноезагрязнение, или внесение химических веществ, которые количественно или качественно чужды естественным биогеоценозам;

параметрическое(физическое) загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды;

биоценотическоезагрязнение, которое заключается в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биогеоценоз;

стациально-деструкционноезагрязнение (стация - место обитания популяции), изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования, связанном с оптимизацией природы в интересах человека.

С позиций кибернетики загрязнение можно считать комплексом помех в экосистемах, которые воздействуют на потоки энергии и информации в пищевых (энергетических) цепях. Однако в отличие от естественных, антропогенные помехи весьма часто приводят не к отбору наиболее приспособленных особей, а к массовой элиминации (вымиранию) организмов. Это обусловлено специфическими особенностями действий антропогенных факторов, из которых важнейшими являются следующие:

1) нерегулярность действия, а значит, и непредсказуемость для организмов, а также высокая интенсивность изменений, которая превышает адаптационные возможности организмов;

2) неограниченные возможности действия их на организм (вплоть до уничтожения последних), что, конечно, присуще и природным факторам и процессам, но лишь в редких случаях (стихийные бедствия, катаклизмы).

Природная цепная реакция - цепь природных явлений, каждое из которых неизбежно влечет за собой изменение других, связанных с ним явлений. Так, исчезновение насекомого-опылителя делает невозможным в дальнейшем плодоношение растения, а, следовательно, появления новых поколений вида, размножающегося только семенами; это, в свою очередь, ведет к исчезновению животных, связанных с данным растением, их паразитов и т.д.

Рост численности населения на планете и интенсификация человеческой деятельности в связи с научно-технической революцией неминуемо приводят к резкому росту антропогенного влияния на природу. Как следствие, на Земле происходит перераспределение водных ресурсов, изменение местного климата, преобразование некоторых черт рельефа. Из недр планеты ежегодно извлекается свыше 120 млрд. т полезных ископаемых, выплавляется 800 млрд. т различных металлов, производится более 60 млн. т синтетических материалов, вносится в почву свыше 500 млн. т минеральных удобрений и около 3 млн. т различных ядохимикатов.

Рост масштабов антропогенного воздействия на природную среду не проходит для нее бесследно: ежегодно уничтожаются десятки миллионов га лесов, пахотных земель, исчезли тысячи видов животных и растений.

Экологические последствия техногенных аварий и катастроф весьма разнообразны. Прежде всего, они проявляются в тех изменениях, которые претерпевает окружающая среда под воздействием формирующихся при этих авариях и катастрофах поражающих факторов. Имеются в виду негативные изменения качественных, количественных и структурных характеристик объектов биосферы, нарушения биогеохимических циклов, процессов биотической саморегуляции и т.п. Как известно, иногда, например, под воздействием радиоактивных излучений, наблюдается ускорение процессов роста некоторых видов растительности, что может рассматриваться в качестве позитивных последствий этого воздействия. Однако позитив в данном случае совершенно не сравним с негативными изменениями.

К негативным последствиям экологического характера относится и ухудшение качества компонентов окружающей природной среды за счет загрязнений не свойственными им химическими и радиоактивными веществами, а также субстанциями биологической и другой природы. Необходимо заметить, что экологические последствия аварий и катастроф, проявляющиеся в негативных изменениях окружающей среды, могут весьма резко сказываться на снижении качества среды обитания человека. Это обусловлено разрушением жизнеобеспечивающих объектов биосферы.

Наиболее изученными и обстоятельно описанными в литературе являются последствия аварий и катастроф, выражающиеся в загрязнении окружающей среды.

Понятие экологического ущерба близко по своему смыслу понятию экологические последствия. Оба эти понятия применяются при анализе возможной или фактической обстановки, складывающейся после аварии (катастрофы), и выработке мер по ее нормализации. Однако при этом понятие последствия связывается с изысканием возможности снижения масштабов этих последствий (на этапе прогнозной оценки обстановки) или мерами по их ликвидации (главным образом, на этапе оценки фактической обстановки). Понятие же экологического ущерба применяется при прогнозе – в связи с выработкой превентивных мер по его возможному снижению, при оценке фактической обстановки – в связи с определением путей компенсации и восстановления природных, природно-антропогенных образований, экосистем и других объектов биосферы.

Обратимся к экологическим последствиям, характеризующимся загрязнением окружающей среды, которые представляется возможным проанализировать наиболее полно. Оно в большинстве случаев играет роль основного фактора формирования неблагоприятной экологической обстановки при техногенных авариях и катастрофах.

Загрязнение окружающей среды при авариях и катастрофах, как правило, носит комплексный характер и, в зависимости от характера аварии и возникающих поражающих факторов, может включать физическую, химическую, а в некоторых случаях и биологическую составляющие.

Физическая составляющая (физическое загрязнение) при авариях характеризуется загрязнителями – ингредиентами и физическими полями, такими как радиоактивные вещества, электромагнитное, тепловое, звуковое, ультразвуковое поля. Химическая составляющая – различного рода простые вещества и химические соединения из числа ксенобиотиков, чуждых экосистемам и природным ландшафтам. Сюда относятся прежде всего некоторые аварийно химически опасные вещества, а также обычные биогены, в определенных количествах ассимилирующиеся природной средой. Биологическая составляющая – болезнетворные микроорганизмы.

Следует заметить, что поскольку в технологических циклах современных производств все в большей степени используются искусственные материалы, то в окружающую среду при авариях попадает довольно значительное количество указанных выше ксенобиотиков. Они не участвуют в циклах естественного круговорота веществ, накапливаются в тех или иных компонентах среды и природных системах и существенно влияют на ухудшение экологической обстановки.

Анализ имевших место в последние десятилетия техногенных аварий показывает, что происходящее при них загрязнение окружающей среды обусловливается одним или некоторой совокупностью ингредиентов и физических полей, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам. Это обстоятельство является одной из причин тех неблагоприятных изменений экологической обстановки и условий обитания, которые происходят при техногенных воздействиях.

В интересах предметного анализа экологических последствий загрязнения окружающей среды в процессе их формирования и развития при техногенных авариях и катастрофах обычно выделяются три основных фазы:

• распространение загрязнения;

• включение загрязняющих веществ в биомассу растений и живых организмов;

• биологическое накопление загрязняющих веществ.

Такое выделение нескольких фаз в значительной мере является условным, поскольку указанные процессы, безусловно, являются взаимосвязанными между собой.

Экологические последствия загрязнения биосферы при техногенных авариях, обусловленные теми или иными ингредиентами, проявляются, главным образом, на второй и третьей его фазах, т.е. при включении загрязняющих веществ в биомассу и их биологическом накоплении. Однако и при распространении загрязняющих веществ в различных средах, т.е. в период первой фазы нередко экологические последствия также имеют место. В частности, в процессе распространения радиоактивных веществ, еще до включения их в биомассу, происходят бета – и гамма-облучения тканей организмов живой и неживой природы.

Распространение вредных химических веществ и происходящие в ходе этого процесса химические превращения с ними, не затрагивающие компонентов живой природы, изменяют, однако, условия обитания. В этом смысле распространение вредных химических веществ следует связывать с экологическими последствиями техногенных аварий и катастроф.

Зоны распространения радиоактивных и вредных химических веществ сковывают все виды деятельности человека, затрудняют, а в некоторых случаях и исключают использование природных ресурсов и таким образом фаза распространения становится экологически значимым фактором.

К вопросу о распространении загрязнений необходимо добавить, что транспортирующей средой вредных веществ при техногенных авариях является воздух или вода, а роль концентрирующей и депонирующей среды выполняют почвенные структуры и донные отложения.

Из трансформирующей среды вещества – загрязнители могут попадать непосредственно человеку, животным, растениям и другим живым организмам, а также в концентрирующие и депонирующие среды, из которых поступают сначала растениям и животным, а затем через них человеку. Таким образом, фаза распространения загрязнителей переплетается с фазой включения этих веществ в биомассу живых организмов.

Общими для всех компонентов биосферы экологическими последствиями загрязнения окружающей среды при техногенных авариях и катастрофах являются включение загрязняющих веществ в биомассу и их биологическое накопление, а также последующее негативное воздействие на физиологию организмов, их репродуктивные функции, состав и структуру популяций и биогеоценоза в целом. В качестве экологических последствий загрязнений при авариях следует также рассматривать негативные изменения ландшафтов и нарушение естественных процессов, протекающих в экосистемах.

Экологические последствия аварий и катастроф, в большинстве случаев, не ограничиваются загрязнением окружающей среды и происходящими затем по этой причине изменениями в ней. Они также в значительной мере, а иногда и в основном, обусловливаются воздействием термобарических полей, гидродинамических волн и потоков, других поражающих факторов, возникающих при взрывах, пожарах и иных проявлениях техногенных аварий и катастроф. При такого рода воздействиях на окружающую среду экологические последствия могут выражаться в весьма резких и больших по масштабам изменениях среды обитания человека. Они связаны с разрушением жизнеобеспечивающих структурных элементов территориально-производственных комплексов и других природно-хозяйственных образований, деструктивным изменением ландшафтов и экосистем и т.п.

Важным в практическом отношении является определение характера, масштабов экологических последствий аварий и экологического состояния территорий. Эта задача должна решаться как в интересах принятия необходимых мер по обеспечению экологической безопасности населения, так и проведения работ по ликвидации последствий аварий и катастроф.

К сожалению, в настоящее время отсутствуют в полной мере удовлетворяющие современным требованиям методики такого рода оценок. Тем не менее, анализ существующих на сегодня подходов показывает, что в частном случае, когда речь идет об экологической обстановке, складывающейся после аварии (катастрофы), акцент делается на условия обитания, жизнедеятельности людей и качество жизни, определяемые техногенным воздействием на окружающую среду. При этом в полной мере учитываются факторы абиотической и биотической природы и те изменения, которые происходят в естественных процессах.

Для анализа и оценки экологической обстановки необходимо иметь определенный набор параметров и характеристик, отражающих ее влияние на здоровье и жизнедеятельность людей, состояние экосистем и других элементов биосферы.

Интегральных измеряемых параметров, которые бы непосредственно отражали изменение здоровья, жизнедеятельности людей, состояние экосистем, тех или иных компонентов окружающей среды и т.п., к сожалению, пока не найдено.

Однако существует целый ряд, так называемых, производных параметров и показателей, с помощью которых может быть дана количественная оценка указанным изменениям. К их числу следует, прежде всего, отнести: уровни физических полей (радиационного, электромагнитного, акустического, теплового и др.); концентрации радиоактивных и химических веществ; показатели, характеризующие общее состояние здоровья людей, структуру причин смертности; коэффициенты репродуктивности, прироста и смертности популяций, критических к изменениям экологической обстановки, а также наиболее важных представителей животного мира, обитателей водной среды; скорость увеличения той или иной популяции и т.д.