Техногенные аварии и катастрофы. Их экологические последствия

Современную газовую оболочку Земли принято условно делить на гомосферу и гетеросферу, граница между которыми лежит на высоте около 100 км. Гомосфера характеризуется однородным и устойчивым газовым составом. Выше этой границы характерен нарастающий уровень ионизации газов за счет процесса фотодиссоциации, который, кстати, лежит в основе возникновения озона из молекулярного кислорода.

Именно наличие озонового слоя является одной из наиболее важных характеристик атмосферы Земли, имеющих существенное эколого-биологическое значение. Озоновый слой располагается на высоте 10—100 км а максимальная концентрация озона регистрируется на высоте около 20 км над уровнем моря. За счет этого слоя атмосферы резко ослабляется та часть ультрафиолетового спектра электромагнитного излучения Солнца, которая представляет наибольшую опасность для всего живого на Земле. В итоге до поверхности Земли доходит лишь мягкая часть потока ультрафиолетовых лучей с длиной волны около 300—400 нм, относительно безвредных, а по ряду параметров даже необходимых для нормального развития и функционирования живых организмов.

Помимо различных газов, атмосферный воздух нашей планеты содержит также разнообразные загрязнения, как естественные (природные), так и искусственные (антропогенные). К природным источникам следует отнести вулканы, пыльные бури, космическую пыль. Помимо этого, атмосфера загрязняется продуктами выветривания горных пород, частицами почв, пеплом, солью (в результате разбрызгивания и испарения морской воды), микроорганизмами. Важным источником естественного загрязнения являются и прижизненные выделения растений, животных и микроорганизмов. Естественное загрязнение атмосферы бывает чаще всего периодическим и обычно не токсично.

Следует, однако, обратить внимание на то, что естественное загрязнение бывает чаще всего периодическим и обычно не токсично, – в отличии от антропогенного загрязнения, источниками которого служат различные предприятия промышленности, транспорта, энергетики, коммунального хозяйства и т. п. При последнем типе загрязнения загрязняющие атмосферу вещества попадают в воздух также в результате сжигания топлива непосредственно из бензо- и газохранилищ, при авариях и т. д.

Одной из важнейших особенностей атмосферы как арены жизни является низкая плотность воздуха. Говоря об обитателях воздушной среды, мы всегда имеем в виду наземные формы животных и растений, ведь низкая плотность воздушной среды закрывает возможность существования организмов, полностью осуществляющих свои функции вне связи с субстратом. Благодаря этому жизнь в воздушной среде сосредоточена вблизи поверхности земли, проникая в толщу атмосферы на высоту не более 50—70 м (кроны деревьев тропических лесов). Вместе со складками земной коры живые организмы могут оказываться и на больших высотах (до 5—6 км над уровнем моря), но это не означает «отрыва» их от субстрата. Таким образом, будучи сосредоточена в относительно тонком слое над поверхностью Земли, жизнь в атмосфере не отличается вертикальной структурированностью потоков вещества и энергии, формирующих биологический круговорот.

2.3. Литосфера

Литосфера (от греч. lithos — камень, sphaire — шар) — верхняя «твердая» (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает в себя земную кору и часть верхней мантии Земли. Рассматривая литосферу как часть биосферы, обычно в первую очередь имеют в виду ее поверхностную часть, измельченную в процессе физического, химического и биологического выветривания и содержащую, помимо минерального, также и органическое вещество. Эта часть литосферы представляет собой сложное биокосное тело, обладающее особыми свойствами и функциями и называемое почвой. Поэтому нередко вместо термина «литосфера» употребляется понятие педосфера, означающее почвенную оболочку земной коры.

Почва представляет собой довольно сложную трехфазную систему, включающую твердую (минеральные частицы), жидкую (почвенная влага) и газообразную фазы. Соотношение этих трех составляющих определяет основные физические свойства почвы как среды обитания живых организмов.

Состав и размеры минеральных частиц (твердая фаза) определяют механические свойства почвы, к которым относятся, в первую очередь, ее состав и структура. Эти два фактора являются ведущими в формировании таких свойств почв, как аэрация, влажность почв, их теплоемкость и термический режим, а также условия передвижения в почве животных, распределения корней древесных и травянистых растений и т. п. Однако минеральные частицы занимают 40—70 % общего объема почвы. Оставшееся пространство, представляющее собой систему пор, полостей и канальцев, занято воздухом и водой.

Вода (почвенная влага) может находиться в почве в трех состояниях: гравитационном, капиллярном и прочносвязанном (гигроскопическом). Гравитационная вода доступна для растений, она заполняет относительно крупные (не обладающие свойством капиллярности) поры и полости в почве. Проникая в почву с поверхности суши, главным образом в результате атмосферных осадков, эта часть жидкой фазы представляет собой довольно сложный раствор, обладающий различными свойствами в зависимости от состава растворенных веществ.

Следующим видом почвенной влаги является капиллярная влага, которая образует влажный горизонт почвы. Как увлажнение почвы снизу (от горизонта подземных вод), так и потеря влаги почвой в результате испарения ее с почвенной поверхности, возможны благодаря наличию в почве именно капиллярной влаги. Упомянутые процессы основаны на следующем механизме: вода, заполняющая поры малого диаметра, оказывается под воздействием сил поверхностного натяжения капиллярного мениска и «подсасывается» вверх на расстояние, обратно пропорциональное диаметру капилляра.

Помимо гравитационной и капиллярной, в почве содержится также прочносвязанная влага. В силу молекулярного притяжения молекулы воды легко образуют пленки вокруг мелких минеральных и коллоидных частиц в почве. Такая пленка толщиной 2—3 молекулы воды удерживается на поверхности частиц с большой силой, поэтому гигроскопическая (прочносвязанная) влага недоступна растениям. При засухе может возникать явление физиологической сухости почвы: влага в почве содержится, но только в гигроскопической, не извлекаемой растениями форме.

Еще одним неотъемлемым компонентом почвы является воздух, который заполняет поры и полости, свободные от воды. Воздух проникает в почву из атмосферы путем диффузии газов между атмосферой и поверхностными горизонтами, то есть газообмен фактически идет непрерывно. Поэтому в целом состав газообразной фазы почвы качественно близок к составу атмосферного воздуха.

В лесной подстилке, или степном «войлоке» (почвенный горизонт Ао), идет медленное разложение растительных и животных остатков. Образующиеся растворимые вещества и мелкие органические частицы попадают в почву (горизонт А), где подвергаются интенсивным процессам разложения с участием беспозвоночных животных, грибов и бактерий. Горизонт A1 (перегнойно-аккумулятивный или гумусовый) богат органическими веществами, которые постоянно вымываются вертикальными потоками влаги, но столь же постоянно пополняются поступлением из наземной среды.

Богатство органических веществ и высокое содержание кислорода в подстилке и верхнем (A1) горизонте почвы приводят к обилию жизни в этих слоях, в том числе здесь формируется богатый комплекс животных. Вертикальные потоки влаги определяют вымывание органических веществ, поэтому нижняя часть горизонта А (А2 — элювиальный) представляет собой горизонт вымывания, обедненный органическим веществом. Вымываемые вещества переносятся в иллювиальный горизонт (горизонт В), под которым лежит уже материнская порода (горизонт С). На стыке горизонтов В и С направление движения влаги сменяется на горизонтальное. При этом часть веществ выносится далее с почвенным стоком и попадает в текучие водоемы, а часть накапливается в горизонте В.

Итак, при рассмотрении почвы как среды жизни, можно сделать вывод о том, что она занимает как бы промежуточное положение между атмосферой и гидросферой: она обладает структурированностью, здесь возможно обитание организмов, дышащих как по водному, так и по воздушному типу, имеет место вертикальный градиент проникновения света, еще более резкий, чем в гидросфере. Все эти фактору, по-видимому, и определяет распространение жизни в почве: если микроорганизмы встречаются по всей ее толщине (обычно несколько метров), то растения связаны лишь с наружными горизонтами (и то в основном только корневой системой). Что же касается беспозвоночных животных, то они обитают главным образом в верхних горизонтах почвы. Норы и ходы грызунов, некоторых насекомых и червей проникают в почву на глубину обычно не более 5—7 м, и этим практически ограничивается распространение жизни в каменной оболочке Земли. Нахождение рыб в подземных водоемах, расположенных на глубине около 100 м, а также бактерий в водах, сопровождающих залежи нефти на глубине до 3 км, лишь формально «отодвигает» границу распространения жизни в литосфере.

 

 

 

 

3. Место человека в биосфере

Сложные взаимоотношения, поддерживающие устойчивый круговорот веществ, а вместе с ним и существование жизни как глобального явления нашей планеты, сформировались на протяжении длительной геологической истории Земли. Однако в последнее время положение резко изменилось. В течение практически всего одного столетия стремительный прогресс науки и техники привел к тому, что по масштабам влияния на биосферные процессы деятельность человечества стала сопоставимой с естественными факторами, определявшими развитие биосферы на протяжении предыдущей ее истории.

В наши дни вступает в силу разработанная акад. В.И. Вернадским концепция ноосферы — сферы ведущего значения человеческого разума. Не смотря на то, что термин «ноосфера» (от греч. noos — разум) — был введен в науку в конце 20-х гг. XX в, представления о ноосфере до сих пор остаются крайне противоречивыми. Ноосферное учение признается, с одной стороны, как величайшее научное достижение, более того, как основной закон социальной экологии, с другой — как светлая, но зыбкая мечта об управляемой человеческим разумом окружающей среде.

Развитие человеческого общества можно представить как переход от генетической эволюции (биогенеза) к культурной (ноогенезу). Между ними заключен обширный период истории человечества — техногенез. Эволюция человеческого общества неотделима от совершенствования умственных способностей человека, освоения им все более эффективных источников энергии, орудий и технологий труда, науки и культуры. Прогресс человеческого разума и научной мысли налицо: человек вышел за пределы биосферы Земли, в космос и глубины литосферы (сверхглубокая Кольская скважина).

Однако в то же время произошел демографический взрыв, развитие человеческого общества сопровождается лавинообразной деградацией биосферы (разрушение биоразнообразия, загрязнение среды и т.п.), а экологический кризис достиг глобальных масштабов. В результате современное человечество, обладая огромными возможностями, реализует их (притом не всегда это понимая) против собственных интересов, нарушая сложившиеся за многие миллионы лет эволюции взаимоотношения, поддерживающие устойчивость биосферы.

Характер и масштабы влияния человека на окружающую его среду определяются двойственностью его положения в биосфере. С одной стороны, человек — биологический объект, входящий в общую систему круговорота и необходимо связанный со средой сложной системой трофических и энергетических взаимодействий и адаптации.

С другой стороны, человечество представляет собой высокоразвитую социальную систему, которая предъявляет к среде широкий круг небиологических требований, вызванных техническими, бытовыми, культурными потребностями и прогрессивно возрастающих по мере развития науки, техники и культуры. В результате масштабы использования естественных ресурсов существенно превышают чисто биологические потребности человека. В связи с этим возникает ситуация переэксплуатации биологических ресурсов, нарушаются естественные трофические связи, возрастает доля органического вещества, не возвращаемого в круговорот. Так возникает проблема невозобновимых ресурсов. В свою очередь, многие продукты технологической переработки биогенных и абиогенных веществ также не включаются в круговорот: они не разлагаются, а накапливаются как загрязнители биосферы.

Очевидно, что наступает кризисная ситуация: человечество как социальная система функционирует намного шире, чем как биологическая, нарушая сбалансированный в процессе эволюции биологический круговорот. В процессе своей жизнедеятельности человек замещает в окружающем пространстве естественные здоровые живые элементы биосферы созданными им мёртвыми противоестественными ядовитыми телами, что ведет к отравлению,  разрушению и уменьшению биосферы. Выход из этой кризисной ситуации видится в использовании разума человечества не только для эксплуатации естественных ресурсов, но и для их сохранения и умножения. Решение проблемы предусматривает активное регулирующее вмешательство человека в биосферные процессы, вплоть до направленного контроля численности и биологической активности экономически значимых видов и формирования искусственных экосистем с заданными свойствами. В основе решения этой задачи должны лежать глубокие знания естественных законов формирования и функционировании биологических систем различных рангов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Заселяя все уголки нашей планеты, опираясь на научную мысль и технику, человек создал в биосфере новую биогенную силу, поддерживающую размножение и дальнейшее заселение различных частей биосферы. При этом человек впервые осознал, что он житель планеты и должен мыслить и действовать не только в аспекте отдельной личности  или рода, государств или их союзов, но и в новом, планетном, аспекте. Он, как и все живое, может существовать только в области жизни — в биосфере, в определенной земной оболочке, с которой он неразрывно, закономерно связан и выйти из которой он не может.

Однако биосфера в результате нарастания самоускоряющихся негативных процессов (демографического взрыва, уничтожения биологических видов и целых экосистем, истощения природных ресурсов, а также загрязнения окружающей природной среды) оказалась в состоянии экологического кризиса и даже более того — на грани экологической катастрофы. Именно поэтому экологическое воспитание и образование молодежи — приоритетное направление развития любого общества вне зависимости от политического устройства и экономических формаций. Назревший глобальный экологический кризис современной технологической цивилизации вынуждает человечество создать систему непрерывного экологического воспитания и образования, результатом которых являлось бы формирование экологического мышления — способности оценивать результаты своей деятельности с точки зрения воздействия на Природу. При этом должно оцениваться не только каждое непосредственное (сиюминутное) воздействие, но и их отдаленные последствия, сказывающиеся на последующих поколениях. В наши дни образование в целом и экологическое образование в частности не только эффективный, но и наиболее дешевый способ предотвращения экологической катастрофы, перехода к устойчивому развитию.