Экология и научно-технический прогресс

Миллиарды тонн углекислого газа ежечасно поступают в атмосферу в результате сжигания угля и нефти, природного газа и дров, миллионы тонн метана поднимаются в атмосферу от разработок газа, с рисовых полей Азии, водяного пара. Всё это “парниковые газы”. Как в парнике стеклянная крыша и стены пропускают солнечную радиацию, но не дают уходить теплу, так и углекислый газ, и другие “парниковые газы” практически прозрачны для солнечных лучей, но задерживают длинноволновое тепловое излучение Земли, не дают ему уходить в космос.

В 1988 (том самом “ненормальном”) году, по американским расчетам, в атмосферу уходило 5, 5 миллиардов тонн углерода в результате сжигания ископаемого топлива и ещё до 2, 5 миллиардов тонн углерода из-за сведения и сжигания лесов. При этом больше всего углерода дают США, страны СНГ и Китай, на них в сумме приходится 50% выбросов. На видное место выдвигается и Бразилия. Если нарастание добычи топлива будет продолжаться такими же темпами, то к 2010 году в атмосферу будет выбрасываться уже около 10 миллиардов тонн углерода.

Эти цифры - итог беспримерного роста мировой энергетики, причём наблюдается синхронность - экономия топлива после 1973 года принесла и относительную стабилизацию выбросов. Так если за 1950егоды выбросы в атмосферу подскочили с 1, 6 млрд. тонн до 5, 1 млрд. тонн, то в середине 80хгодов они почти не отличались от уровня 1979 года. Такова жёсткая связь: антропогенные процессы - состояние атмосферы.

Наша действительность подтверждает справедливость слов выдающегося русского учёного В. И. Вернадского о том, что воздействие человечества уже сравнимо с геологическими процессами.

Энергетический бум уходящего столетия увеличил концентрацию СО2 в атмосфере на 25% и метана - на 100%. За это время реальное потепление на Земле составило 0, 5%. Другие данные говорят, что средняя температура Земли в 1890 году была 14, 5 градусов по Цельсию, а в 1980 году поднялась до 15, 2 градусов, т. е. увеличилась на 0, 7 градуса. Большинство учёных считают это следствием парникового эффекта. Прогноз на будущее (2030-2050 гг. ) предполагает возможное повышение температуры на 1, 5 - 4, 5 градуса. К таким выводам пришла Международная конференция климатологов в Австрии в 1988 году. Вот с этим-то и связана страшная картина Кельнского собора, смываемого волнами моря. Связана потому, что повышение температуры на 3 градуса к 2050 году (берем среднее) вызовет повышение уровня Мирового океана на 50-100 см, а к концу ХХI века - на 2 м (вот тогда-то и будут морские волны омывать готику Кельна).

Если всё пойдет по этому сценарию, то всемирных катастроф будет действительно много, и не только из-за “всемирного потопа”. Усилятся засухи. Они будут куда суровее, чем в конце 80хгодов. Могут сдвинуться к северу все природные зоны. Американские авторы справедливо отмечают, что наземные экосистемы не смогут мигрировать так быстро. Большое количество деревьев, по-видимому, погибнет и маловероятно, что их быстро заменят новые виды. Будут уничтожены огромные лесные массивы, и в процессе их разложения и сгорания в атмосферу поступит значительный объем дополнительного углерода, что ещё больше ускорит потепление. Еще одним угрожающим фактором станет повышение уровня моря. Американцы считают, что это обошлось бы их стране в 100 млрд. долларов на строительство защитных дамб и перенос многих объектов. Но куда страшнее были бы последствия для густонаселённой Азии, где большинство рисовых полей (а рис - основа питания) находится в поймах и дельтах рек.

Правда, предсказываемое таяние Антарктического ледникового щита всё-таки вряд ли произойдёт, лёд, скорее всего, будет нарастать, так как более теплые зимы бывают обычно и более снежными,

Реальны ли эти экономические кошмары или скорее это - один из возможных сценариев нашего пути в ХХI веке?

Наука знает далеко не всё о современных круговоротах в природе, об их механизме и, тем более, не в состоянии дать точный прогноз на тридцать - пятьдесят лет вперёд. Ведь это куда сложнее, чем прогноз погоды на завтра, даваемый, вроде бы, по самым точным данным спутниковых фотографий и всё-таки ошибающихся иногда.

    Какие “но” имеются против этого сценария?

Атмосферная двуокись углерода, как известно, потребляется растениями и океаном. Но ведь, с увеличением содержания СО2в атмосфере, может возрасти и скорость потребления этого газа - справедливо замечает американский физик С. Шнейдер, издавший в 1989 году книгу “Глобальное потепление: наступает век парникового эффекта”. Двуокись углерода может интенсивнее потребляться как сырье для фотосинтеза растениями, и Мировой океан может взять на себя часть избыточного СО2. Будет возможно работать механизм обратной связи и тогда последствие парникового эффекта будет сильно смягчено.

Значит ли это, что не надо бороться за предотвращение роста СО2 и других “парниковых газов” в атмосфере ? Конечно, нет, ибо исходить надо из худших вариантов воздействия, из самых пессимистических сценариев, иначе будет поздно.

Даже оптимист С. Шнейдер, который считает, что “дыхание зверя” в 1988 году ещё не ощущается, замечает в своей книге: “Нельзя допустить, чтобы из-за неопределённости ситуации мы отказались от стратегического планирования”. И варианты такого планирования уже появились. Среди них есть предложения Бразилии - страны, больше всех критикуемой за уничтожение тропических лесов Амазонии. На совещании в Гааге (1989 г. ) она потребовала создания специального фонда при ООН, из которого финансировалась бы экономическая помощь развивающимся странам. Если бы каждая страна платила в этот фонд по 1000 долларов за каждую тонну выброшенной в атмосферу двуокиси углерода, то уже за год собралась бы сумма, которой хватило бы на погашение всего внешнего долга стран “третьего мира” и финансирование мер по защите климата.

Более реальный сценарий борьбы с СО2был преложен на всемирной конференции “Меняющаяся атмосфера: последствия для глобальной безопасности”, проведенной в Торонто в 1989 году. В её резолюции призыв ко всем странам к 2005 году сократить выбросы углерода на 20%. Ещё одна немаловажная проблема для Земли и всего человечества - “Озоновая дыра”.

На состоявшейся в 1989 году в Лондоне Международной конференции по спасению озонового слоя Земли министру по охране окружающей среды Индии пришлось довольно туго. Ей (а это была М. Ганди - представительница известной семьи Ганди) пришлось отбивать настойчивые атаки журналистов, обвинивших Индию (а заодно и Китай) в “национальном эгоизме” - разрушении озоновой оболочки Земли. Почему именно Индию?

Как известно, жизнь на Земле появилась только после того, как образовался охранный озоновый слой планеты, прикрывший её от жесткого ультрафиолетового излучения. Многие века ничто не предвещало беды. Однако последние десятилетия было замечено интенсивное разрушение этого слоя. Оказалось, что примерно с 1975 года каждой весной над Антарктидой образуется, так называемая, “озоновая дыра”: содержание озона в стратосфере над шестым континентом снижается до 50%. Позже угроза обозначилась и на Севере - озоновый слой там сократился на 10%, а это уже прямо касается густо населенных стран Европы и Северной Америки. В случае резкого уменьшения озона человечеству грозит, как минимум, вспышка рака кожи и глазных заболеваний. Вообще увеличение дозы ультрафиолетовых лучей может ослабить иммунную систему человека, а заодно уменьшить урожай полей, сократив тем самым продовольственное снабжение Земли.

“Вполне допустимо, что к 2100 году защитное озоновое покрывало исчезнет, ультрафиолетовые лучи иссушат Землю, животные и растения погибнут. Человек будет искать спасение под гигантскими куполами искусственного стекла, кормиться пищей космонавтов”. Картинка, нарисованная корреспондентом одного из западных журналов может показаться слишком мрачной. Однако, подобную точку зрения разделяют и учёные. В частности, профессор Ф. Захаров отмечает: “Изменившаяся обстановка обязательно скажется на растительном и животном мире. Урожайность некоторых сельскохозяйственных культур может снизиться на 30%. Изменившиеся условия скажутся и на микроорганизмах - на том же планктоне, являющимся основным кормом морских обитателей”.

В чём же причина (или причины) появления “озоновых дыр” над планетой? Ответить на этот вопрос не так просто, тем более что наука столкнулась с ним совсем недавно. Есть разные варианты объяснений и прогнозов (может быть, виноваты циклы в природе, может быть, этого явления просто не замечали раньше, когда не было ни станций в Антарктиде, ни современных приборов? ), но в одном учёные сходятся: виноваты хлорфторуглероды (фрионы).

Это антропогенные вещества, а проще говоря, химические соединения, используемые в производстве аэрозолей, хладагентов (в холодильниках), растворителей, 10 лет назад и не вызывали никакой тревоги, казались экологически чистыми. В нижних слоях атмосферы они не вступают ни в какие химические реакции, а значит, не оказывают и токсичного действия. Но именно эта инертность позволяет им подниматься в атмосферу. Стратосферный озон образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения на молекулы кислорода (О+О2=О3), но туда попадают и атомы хлора, входящие в состав хлорфторуглерода, они-то наиболее эффективно разрушают слой озона (Cl+O3=ClO+O2). Цикл начинается с того, что в присутствии атома хлора молекула озона расщепляется с образованием монооксида (хлора ClO) и молекулярного кислорода, а затем идет новый разрушающий цикл, “подхватывает” новые атомы кислорода (ClO+O=Cl+O2), хлор новый этап разрушения.

Итак, один из виновников (а может быть, и главный? ) установлен хлорфторуглероды (фреоны). Производство их в мире растёт: одни США дают одну вторую общей суммы - 800-900 тысяч тонн.

    Как же быть с этим важным производством?

В 1987 году в Монреале собралась Первая Международная конференция по этому поводу, принявшая резолюцию - сократить выпуск хлорфторуглеродов на 50%, к концу нынешнего столетия. А через два года (1989 г. ) в Лондоне на конференцию собрались делегаты из 122 стран, которые потребовали “тотальной приостановки” производства хлорфторуглеродов, правда, срок этой приостановки не был точно определен. Но около 20 стран не подписали Монреальский протокол, и среди них такие гиганты, как Китай и Индия. Более того, они заявили в Лондоне, что приостановка хрорфторуглеродов должна сопровождаться безвозмездной передачей технологии с Запада, иначе как им быть с недавно налаженным и крайне важным для этих стран производством холодильников? Вот здесь-то и начались первые обвинения в “национальном эгоизме” прежде всего Индии.

Несколько развитых стран заявили о своем желании идти в одиночку по пути полного прекращения производства хлорфторуглеродов, предлагая уже к 1997 (а не к 2000) году прекратить их производство. Но вряд ли одиночные инициативы могут помочь делу. Глобальные проблемы требуют и глобальных решений. Учёные всего мира ищут и предлагают альтернативные решения, иногда фантастические. Т. Стокс из Принстоского университета (США) работает над планом, который позволил бы с помощью лазерных лучей устранить загрязняющие вещества в атмосфере. Л. Фадлер из Алабамского университета подсчитал, что весь озоновый слой содержит 3 миллиарда тонн чистого озона. Если в ближайшие сто лет он уменьшится на 6%, то нужно будет добавлять 5, 4 миллиона тонн озона в день. Кто сделает это? “Мощные генераторы озона на гражданских и военных самолётах”, - отвечает Л. Фадлер. Но кто оплатит всё это? И реально ли оказать помощь в налаживании новых технологий Индии и Китаю? Эти вопросы остаются пока без ответов, но их придётся найти....

От решительного наступления НТР страдает экология городов и сельских местностей, т. е. мест проживания и жизнедеятельности человека. Состояние каждого крупного региона, определяет проблемы экологии страны, континента, где расположен этот регион, и всей планеты с человечеством в целом. Так экологические проблемы городов, главным образом наиболее крупных из них, связаны с чрезмерной концентрацией на сравнительно небольших территориях населения, транспорта и промышленных предприятий, с образованием антропогенных ландшафтов, очень далеких от состояния экологического равновесия. Темпы роста населения мира в 1. 5-2. 0 раза ниже роста городского населения, к которому сегодня относится 40% людей планеты. За период 1939– 1979 гг. население крупных городов выросло в 4, в средних – в 3 и малых – в 2 раза. Круговорот вещества и энергии в городах значительно превосходит таковой в сельской местности. Средняя плотность естественного потока энергии Земли– 180 Вт/м2, доля антропогенной энергии в нем – 0. 1 Вт/м2. В городах она возрастает до 30-40 и даже до 150 Вт/м2 (Манхэттен). Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. При этом 60-70% газового загрязнения дает автомобильный транспорт. Более активная конденсация влаги приводит к увеличению осадков на 5-10%. Самоочищению атмосферы препятствует снижение на 10-20% солнечной радиации и скорости ветра.

При малой подвижности воздуха тепловые аномалии над городом охватывают слои атмосферы в 250-400 м, а контрасты температуры могут достигать 5-6°С. С ними связаны температурные инверсии, приводящие к повышенному загрязнению, туманам и смогу.

Города потребляют в 10 и более раз больше воды в расчете на 1 человека, чем сельские районы, а загрязнение водоемов достигает катастрофических размеров. Объемы сточных вод достигают 1м2в сутки на одного человека. Поэтому практически все крупные города испытывают дефицит водных ресурсов и многие из них получают воду из удаленных источников. Водоносные горизонты под городами сильно истощены в результате непрерывных откачек скважинами и колодцами, а кроме того загрязнены на значительную глубину.

Коренному преобразованию подвергается и почвенный покров городских территорий. На больших площадях, под магистралями и кварталами, он физически уничтожается, а в зонах рекреаций– парки, скверы, дворы –сильно уничтожается, загрязняется бытовыми отходами, вредными веществами из атмосферы, обогащается тяжелыми металлами, обнаженность почв способствует водной и ветровой эрозии.

Растительный покров городов обычно практически полностью представлен “культурными насаждениями”–парками, скверами, газонами, цветниками, аллеями. Структура антропогенных фитоценозов не соответствует зональным и региональным типам естественной растительности. Поэтому развитие зеленых насаждений городов протекает в искусственных условиях, постоянно поддерживается человеком. Многолетние растения в городах развиваются в условиях сильного угнетения. На примере Москвы можно представить себе последствия НТР на крупные города. Экологическое состоянии Москвы сложное. Город стремительно растет, переходит за кольцевую дорогу, сливается с городами-спутниками. Средняя плотность населения 8. 9 тыс. чел. на 1 кв. км. Сотни тысяч источников выбрасывают в воздух огромное количество вредных веществ, т. к. частичная очистка внедрена только на 60% предприятий. Особый вред наносится автомобилями, технические параметры которых не соответствуют требованиям и качеству воздуха. Выхлопные газы автомашин дают основную массу свинца, износ шин– цинк, дизельные моторы –кадмий. Эти тяжелые металлы относятся к сильным токсикантам. Промышленные предприятия дают очень много пыли, окислов азота, железа, кальция, магния, кремния. Эти соединения не столь токсичны, однако снижают прозрачность атмосферы, дают на 50% больше туманов, на 10% больше осадков, на 30% сокращают солнечную радиацию. В целом на 1 москвича приходится 46 кг вредных веществ в год.

Тепловое воздействие увеличивает температуру в городе на 3-5°С, безморозный период на 10-12 дней и бесснежный – на 5-10 дней. Нагрев и подъем воздуха в центре вызывает подток его с окраины – как из лесопаркового пояса, так и из промышленных зон. Расход воды в Москве на 1 жителя –около 700 л/сутки. При огромных расходах на очистку даже водопроводная вода содержит некоторое количество вредных соединений, главным образом удобрений и ядохимикатов. Водные ресурсы используются нерационально–более 20% воды уходит неиспользованной. Например, только для бритья москвич за один раз использует до 100 литров.