Урбанизация и ее влияние на биосферу

Окислы азота и углеводороды содержатся в выхлопных газах автомобилей. Один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем 20-30 тонн кислорода и выбрасывает 1000 кг окиси углерода, 30 кг оксидов азота и почти 100 кг различных углеводородов. Такие смоги – нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки, в последнее время такие смоги появились и наших крупных городах, таких как Москва. По своему физиологическому воздействию на организм человека они вызывают раздражение глаз и горла, крайне опасны для дыхательной и кровеносной систем и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. В Лондоне в 1952 году из-за загрязнений, скопившихся в воздухе (в первую очередь SO2 в результате сжигания серосодержащих сортов угля и мазута), погибли более 4000 человек.

Современное промышленное производство загрязняет атмосферу не только газообразными и твердыми примесями, но и тепловыми выбросами, электромагнитными полями, ультрафиолетовыми, инфракрасными, световыми излучениями и другими физическими факторами. Наиболее распространенным видом физического воздействия на атмосферу в городах и крупных поселках является шум, возникающий при работе транспортных средств, оборудования промышленных и бытовых предприятий, вентиляционных и газотурбинных установок, реактивных самолетов при взлете и посадке. Величину звуковых давлений измеряют и нормируют в децибелах (дБ). Уровень шума в 20 – 30 дБ (шуршание листвы, разговор, небольшое уличное движение) практически безвреден для человека, является естественным шумовым фоном. У людей же, живущих и работающих в неблагоприятных акустических условиях (80 дБ и более), имеются признаки изменения функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. К таким условиям относятся: метро (~90 дБ), работа дробильной машины (~100 дБ), автомобильная сирена (~110 дБ), работа мотора реактивного самолета (~120 дБ), громкая музыка (~130 дБ).

3. ПРИМЕНЕНИЕ  УЛУЧШЕНЫХ  И  АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА

Улучшению экологической обстановки на автомобильном транспорте способствует запрещение использования этилированного бензина. Кроме токсичности тетраэтилсвинца использование этилированного бензина быстро выводит из строя каталитические нейтрализаторы отработавших газов из-за обволакивания свинцом поверхности катализатора.

Альтернативные заменители бензина могут быть естественного и искусственного происхождения. При нормальных условиях они могут находиться в жидком (этанол, метанол) или газообразном (пропан, бутан, коксовый и генераторный газы, водород) состоянии. Преимущественное применение в качестве моторного топлива на автомобильном транспорте сжиженного нефтяного газа (ГСН) и сжатого природного газа (ГСП) обусловлено тем, что они имеют физико-химические свойства, близкие к бензину. Это требует лишь незначительного изменения конструкции двигателя и позволяет равнозначно работать на двух видах топлива.

В ряде стран в качестве топлива используются синтетические спирты: метанол, или метиловый спирт, и этанол – этиловый спирт.

Метанол получается из угля, сланцев, древесины. Он несколько тяжелее бензина, а энергоемкость его в 2 раза меньше. Запуск двигателя на чистом метаноле, в первую очередь зимой, затруднен. По некоторым данным, метанол усиливает коррозию металла, особенно в присутствии воды. В настоящее время стоимость метанола выше стоимости бензина. Важное качество метанола состоит в том, что в отработавших газах в 2 – 3 раза меньше токсичных компонентов, чем при использовании бензина. Метанол используют в качестве добавки к бензину в количестве 5 – 30 %. При этом концентрация окиси углерода в отработавших газах снижается на 14 – 72 %. Смесь метанол – бензин несколько снижает мощностные характеристики двигателей. Но следует иметь в виду, что добавка метанола, например в количестве 15 %, повышает октановое число смеси с 88 до 95,8. При соответствующей переделке двигателя с целью повышения на нем степени сжатия можно получить даже экономию на расходе топлива. В качестве недостатков смеси как топлива отмечают склонность ее к расслоению, в особенности при попадании в смесь воды и при понижении температуры. Метанол ядовит.

Этанол имеет энергоемкость на 25 – 30 % выше и, следовательно, требует пропорционально менее вместительного топливного бака. Экологические характеристики этанола близки к метанолу. У двигателей, работающих на этаноле, в отработанных газах еще меньше выделяется углеводородов. Однако в продуктах сгорания спирта содержатся совершенно новые загрязнители атмосферы, в том числе формальдегид.

В Бразилии уже с 1985 года все автомобили работали на смесях с содержанием метанола 2 – 10 %. Предполагалось, что удельный вес метанола в автомобильном топливе Бразилии будет непрерывно возрастать и к 2000 году автомобильное топливо на 75 % будет состоять из метанола. Совершенствование технологии и массовость производства должны существенно снизить стоимость метанола, и ожидают, что он станет дешевле бензина. В 1987 году более 2 млн. легковых автомобилей, несколько десятков тысяч грузовых автомобилей, сотни тракторов Бразилии работали на топливном спирте, получаемом из сахарного тростника, маниоки (разновидности картофеля), бамбука, древесины. И в обычных автомобилях чистый бензин не применяется, в обязательном порядке он на 30 % разбавляется спиртом в целях экономии.

Использование газового топлива в виде смеси пропана и бутана позволяет снизить на холостом ходу количество окиси углерода в 4 раза, а в рабочем режиме в 10 раз. Сегодня в мире эксплуатируется уже несколько сот тысяч таких автомобилей. Еще в 1970 году Япония имела около 300 тысяч автомобилей на газовом топливе, в Италии – 500 тысяч.

В нашей стране и в ряде других стран проводятся исследования по использованию природного газа в качестве автомобильного топлива. При этом токсичность отработанных газов уменьшается: по СО – в 2 – 4 раза; NO – в 1,2 – 2 раза. Мировые запасы природного газа примерно вдвое превышают мировые запасы нефти. Природный газ уже используется в качестве топлива примерно для четверти миллиона автомобилей в Италии, Канаде и Новой Зеландии. Главный недостаток, связанный с этим видом топлива, - громоздкость газового баллона. Он должен примерно в 5 раз превышать объем бензинового бака для эквивалентного пробега.

Идеальное топливо с точки зрения сохранения окружающей среды представляет водород, однако он значительно дороже бензина. Серьезную техническую и экономическую проблему представляет и размещение водорода в автомобиле и пока еще не найдено надежного и экономического пути использования водорода.

4.   АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ  ВИДЫ ТРАНСПОРТА

Серьезной альтернативой автомобилю и автобусу могут стать транспортные средства на магнитной подвеске. Основные преимущества этих средств с позиции экологии – отсутствие загрязнения воздуха и практическая бесшумность. Высокая скорость и плавность хода (отсутствие толчков и вибраций) позволяет полагать, что этот вид транспорта получит большое распространение во всех видах сообщений: городском, пригородном и международном.

Специалисты считают, что в XXI веке на основе широкого применения сверхпроводников будут созданы бесшумные, безопасные поезда на магнитной подвеске, которые смогут успешно соревноваться по скорости с самолетами. В 1988 году построили первые экспериментальные образцы «магнитопланов». Вагоны японского магнитоплана весят около 17 тонн и рассчитаны на 44 пассажира. Максимальная скорость поезда 400 км/ч. Другой «магнитоплан» создан в ФРГ. Он называется «трансрэпид». Вместимость одного вагона, который весит около 100 тонн, - 96 человек. На трассе 40 км максимальная скорость, показанная в ходе испытаний, - 400 км/ч. Западногерманское правительство приняло решение начать эксплуатацию «трансрэпида» в конце ХХ – начале ХХI столетия.

С точки зрения охраны окружающей среды тенденции развития транспорта выглядят следующим образом:

• железные дороги полностью переходят на электрическую энергию;
• автобусы городского транспорта заменяются троллейбусами и бесшумными трамваями;
• автотранспорт в городах заменится электромобилями или солнцемобилями.

5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ  ВОДЫ В ГОРОДАХ

С 90-х годов ХХ века антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и существенно сократило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на Земле.

Основными источниками загрязнения являются промышленные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты. Среди загрязнителей воды наибольшую опасность представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды и другие органические яды, биогенная органика, насыщенная бактериями, минеральные удобрения и т.д. Общая масса основных антропогенных загрязнителей гидросферы достигла 15 млрд. тонн в год.

Наибольшая нагрузка из крупных речных бассейнов как по водопотреблению, так и по загрязнению приходится на Волгу, Днепр, Дунай и Рейн в Европе; Урал, Миасс, Исеть, Тобол на Урале; Ганг, Хуанхэ и Янцзы в Азии; реки Св. Лаврентия, Колорадо и Миссисипи в Америке.

Объем хозяйственных стоков в реки европейской части России, Белоруссии, Украины и Средней Азии увеличился в 5 раз. В России в 2011 году со сточными водами было сброшено в водоемы (в тыс.тонн): 1200 – взвешенных веществ, 190 – аммонийного азота, 58 – фосфора, 50 – железа, 30 – нефтепродуктов, 2,1 – цинка, 0,8 – меди, 0,3 – фенолов и т.д.

Все большая опасность загрязнения грозит и уникальному озеру Байкал.

Изменения рН водной среды в результате загрязнения оказывает отрицательное влияние на организмы. У пресноводных озер и рек рН воды обычно 6 – 7, организмы адаптированы именно к этому уровню. Изменение реакции воды всего на одну единицу рН по сравнению с оптимумом приводит в большинстве случаев к стрессу, а нередко и к гибели организмов. Подкисление озер и рек влияет и на сухопутных животных, так как многие птицы и звери входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах.

Сброс канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных, оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме, грозит опасностью инфекционных заболеваний, в первую очередь человека.

В последние годы возникла опасность загрязнения вод Мирового океана и морей радиоактивными отходами, пестицидами. Пестициды и другие вредные вещества, в первую очередь агрохимикаты, под влиянием течений распространяются довольно быстро. Они обнаруживаются в различных районах Балтийского, Северного, Ирландского морей, в Бискайском заливе, у западных побережий Англии, Исландии, Португалии, Испании. Это отрицательно сказывается на живых организмах, особенно на рыбных запасах. Все больше загрязняются моря промышленными отходами и сточными водами, содержащими значительное количество органических отходов. Нередко реки играют роль продолжения канализации и выносят большую часть стоков в моря. Так, прибрежные государства Северного моря ежегодно сбрасывают в него около 20 000 тонн жидких и твердых отходов. В настоящее время в Северном море известны 10 постоянных мест «свалки» отходов. Отходы, попавшие в воды морей, частично оседают на дно, частично разрушаются, но при этом они губят большое количество живых организмов, особенно страдает планктон. На него обрушиваются все поверхностные загрязнители – поверхностно-активные вещества, масла, пленки нефтепродуктов и т.д. Однако проблемы, связанные с загрязнением морей и океанов, остаются нерешенными. По имеющимся оценкам, к концу ХХI века общая масса загрязняющих веществ, поступающих в воды морей и океанов, возрастет по сравнению с началом 80-х годов в 1,5 – 3 раза.

6.  ВЛИЯНИЕ УРБАНИЗАЦИИ  НА ЖИВОТНЫХ

Сокращение большинства видов живых организмов связано и с включением все большей части территорий в активную хозяйственную деятельность: распашка полей, прокладывание дорог, расширение территории поселков и городов.

Урбанизация биосферы нередко оказывается благоприятной, например, для крыс, домовых мышей, воробьев, ворон, голубей, некоторых видов пещерных пауков, домовых мух, моли и т.д.

Охрана биосферы — это комплексная система мероприятий, направленных на сохранение, рациональное использование и воспроизводство природных систем и ресурсов Земли в интересах существующих и будущих поколений людей. Главная цель рационального использования природных ресурсов — сбережение видового многообразия (генофонда) флоры и фауны Земли, ее недр, водных ресурсов, атмосферного воздуха, т.е. сохранение природных условий развития человеческого общества.

С 30-х гг. ХХ в. стала очевидной опасность истощения природных ресурсов — как невозобновляемых (нефть, уголь, газ, руда и т.п.), так и возобновляемых (грибы, растения, животные и др.). За период с конца 16 в. до 70-х гг. ХХ в. с лица Земли исчезли 109 видов птиц, 64 вида млекопитающих, 20 видов пресмыкающихся, 3 вида земноводных. К концу ХХ в. процесс обеднения биоты (мира живых существ) земного шара принял угрожающие масштабы. По данным постоянной комиссии по исчезающим видам растений и животных Международного союза охраны природы и природных ресурсов (МСОП), в среднем ежедневно исчезает 1 вид (или подвид) животных и еженедельно 1 вид растений.

Процесс обеднения флоры и фауны наиболее заметен на сравнительно небольшой территории. Так, флора Беларуси, насчитывающая более 1750 видов, за последние 100—150 лет сократилась почти на 100 видов. Исчезло также значительное число видов животных. Перестали встречаться такие млекопитающие, как среднеевропейский лесной кот, выхухоль; птицы: большой баклан, дрофа, розовый пеликан, колпица, стрепет; рыбы: белуга, балтийский и русский осетры, лосось и др. Уничтожаются в основном виды, полезные для человека: пищевые, лекарственные и красиво цветущие растения; животные, обладающие красивым мехом или оперением, мясо которых употребляется в пищу.

Как было сказано выше, само существование биосферы и человека в ней теснейшим образом связано с естественным функционированием биогеоценозов, в которых каждый вид занимает свою экологическую нишу и имеет строго определенное функциональное значение. Поэтому потеря любого вида живых организмов нарушает отлаженную в процессе эволюции функциональную организованность экологических систем. С этими нарушениями связано ухудшение естественных условий жизнедеятельности человека. Именно по этой причине необходима научно обоснованная охрана видового разнообразия органического мира на Земле.