Антропогенное воздействие на экологические системы, его хозяйственные и экологические последствия

1. Антропогенное воздействие на экологические системы, его хозяйственные и экологические последствия.

Антропогенные (от греч. аnthropos - человек и -genes - рождающий, рождённый) - виды изменений в окружающей среде, вызванные жизнью и деятельностью человека.

В течение XX в. в результате хозяйственной деятельности человека цепочка круговорота фосфора  в биосфере оказалась нарушенной. Этому способствовали производство фосфорных удобрений и широкое  их применение в сельском хозяйстве, получение в промышленных масштабах  различных фосфорсодержащих препаратов, производство продовольстви

я и кормов, развитие рыбного  промысла, добыча морских моллюсков  и водорослей. Действия человека прямым образом отразились на круговороте  вредных веществ и привели  к перераспределению содержания их на суше и в гидросфере. Эрозия почв, смыв удобрений, органических отходов  и экскрементов поверхностными водами, сбросы канализационных стоков приводят к сильнейшему загрязнению рек, озер и прибрежных областей Мирового океана. Происходит заражение почв, рек, водоемов суши, прибрежных участков морей, особенно в области дельт, заливов и эстуариев.   

Виды антропогенного воздействия:

 
   1. Разрушительное (деструктивное) - приводит к утрате, часто невосполнимой, богатств и качеств природной среды.  
   а) н е о с о з н а н н о е (охота, вырубка и выжигание лесов древним человеком,…) - Сахара вместо леса  
   б) о с о з н а н н о е   (х и щ н и ч е с к о е)  
   2. Стабилизирующее - это воздействие целенаправленное. Ему предшествует осознание экологической угрозы конкретному ландшафту - полю, лесу, пляжу, зеленому наряду городов. Действия направляются на замедление деструкции (разрушения). Например, вытаптывание пригородных лесопарков, уничтожение подроста цветущих растений можно ослабить, разбивая дорожки, образуя места для короткого отдыха. В сельскохозяйственных зонах проводят почвозащитные мероприятия. На городских улицах высаживают и высеивают растения, устойчивые к действию транспортных и промышленных выбросов.  
   3. Конструктивное (например, рекультивация)- действие целенаправленное, его результатом должно стать восстановление нарушенного ландшафта, например лесовосстановительные работы либо воссоздание искусственного ландшафта на месте безвозвратно утраченного. Примером может служить очень трудная, но необходимая работа по восстановлению редких видов животных и растений, по облагораживанию зоны горных выработок, свалок, превращению карьеров и терриконов в зеленые зоны.

1.1. Последствия хозяйственной деятельности человека для окружающей среды

В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия человека на окружающую среду. Однако при современном  уровне развития производительных сил  деятельность человеческого общества сказывается на биосфере в целом. Человечество с его социальными  законами развития и мощной техникой вполне способно влиять на вековой  ход биосферных процессов.

Загрязнение воздуха. В процессе своей деятельности человек загрязняет воздушную среду. Над городами и промышленными  районами в атмосфере возрастает концентрация газов, которые в сельской местности содержатся в очень  небольших количествах или совсем отсутствуют. Загрязненный  воздух вреден для здоровья. Кроме того, вредные газы, соединяясь с атмосферной  влагой и выпадая в виде кислых дождей, ухудшает качество почвы и  снижают урожай. Основные причины  загрязнения атмосферы – сжигание природного топлива и металлургическое производство. Если в XIX веке поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого топлива почти полностью ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее время содержание вредных продуктов сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб автомобилей в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них особенно выделяется сернистый ангидрид – ядовитый газ, легко растворимый в воде. Концентрация сернистого газа в атмосфере особенно высока в окрестностях медеплавильных заводов. Он вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание опадание листьев хвои. Часть SO₂ окисляется до серного ангидрида. Растворы сернистой и серной кислот, выпадая с дождями на поверхность Земли, причиняют вред живым организмам, разрушают здания. Почва приобретает кислую реакцию, из нее вымывается перегной (гумус) – органическое вещество, содержащее компоненты, необходимые для развития растений. Кроме того, в ней снижается количество солей кальция, магния, калия. В кислых почвах уменьшается и число обитающих в ней видов животных, замедлена скорость разложения опада. Все это создает неблагоприятные условия для роста растений. Каждый год в результате сжигания топлива в атмосферу поступают миллиарды тонн CO₂ . Половина диоксида углерода, образующегося при сгорании ископаемого топлива, поглощается океаном и зелеными растениями, половина остается в воздухе. Содержание CO₂   в атмосфере постепенно возрастает  и за последние 100 лет увеличилось более чем на 10 %. CO₂  препятствует тепловому излучению в космическое пространство, создавая так называемый «парниковый эффект».  Изменение содержания CO₂ в атмосфере в значительной мере влияет на климат Земли.

Промышленные  предприятия и автомобили служат причиной поступления в атмосферу  многих ядовитых соединений – оксид  азота, оксида углерода, соединений свинца (каждый автомобиль выделяет за год 1 кг свинца), различных углеводородов  – ацетилена, этилена, метана, пропана,  и др. Вместе с капельками воды они  образуют ядовитый туман – смог, вредно действующий на организм человека, на растительность городов. Жидкие и  твердые частицы (пыль), взвешенные в воздухе, уменьшают количество солнечной радиации, достигающей  поверхности Земли. Так, в больших  городах солнечная радиация уменьшается  на 15 %, ультрафиолетовое излучение  – на 30 % (а в зимние месяцы оно  может совсем исчезнуть). Загрязнение  пресных вод. Масштабы использования  водных  ресурсов быстро увеличиваются. Это связано  с ростом населения  и улучшением санитарно-гигиенических  условий жизни человека, развитием  промышленности и орошаемого земледелия. Суточное потребление воды на хозяйственно-бытовые  нужды в сельской местности составляет 50 л на одного человека, в городах  – 150 л. Огромное количество воды используется в промышленности. На выплавку 1 т  стали необходимо 200 м³ воды, а на изготовление 1 т синтетического волокна – от 2500 до 5000 м³. Промышленность поглощает 85 % всей воды, расходуемой в городах.

Еще больше воды необходимо для орошения. В течение года на 1 га поливных земель уходит 12-14 м³ воды. В нашей стране ежегодно на орошение расходуется более 150 км³. Постоянное увеличение водопотребления на планете ведет к опасности «водного голода», что обусловливает необходимость разработки мероприятий по рациональному использованию водных ресурсов. Кроме высокого уровня расхода нехватка воды вызывается ее растущим загрязнением вследствие сброса в реки отходов промышленного и особенно химического производства. Бактериальное загрязнение и ядовитые химические вещества (например, фенол) приводят к омертвлению водоемов. Вредные последствия имеет также молевой сплав леса по рекам, который часто сопровождается заторами. При длительно пребывании древесины в воде она теряет деловые качества, а вымываемые из нее вещества губительно действуют на рыб. В реки и озера поступают и вымываемые из почвы дождями минеральные удобрения – нитраты и фосфаты, которые в больших концентрациях способны  резко изменять видовой состав водоемов, а также различные ядохимикаты – пестициды, используемые в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми-вредителями. Для аэробных организмов, обитающих в пресных водах, неблагоприятным фактором служит и сброс предприятиями теплых вод. В теплой воде кислород плохо растворяется и его дефицит может приводить многие организмы к гибели.

Загрязнение Мирового океана. Значительному загрязнению подвергаются воды морей и океанов. С речным стоком, а также от морского транспорта в моря поступают болезнетворные отходы, нефтепродукты, соли тяжелых металлов, ядовитые органические соединения, в том числе пестициды. Загрязнения морей и океанов достигает таких масштабов, что в ряде  случаев выловленные рыбы и моллюски оказываются непригодными для употребления в пищу.

Антропогенные изменения в почве. Плодородный слой почвы формируется очень долго. В тоже время ежегодно вместе с урожаем из почвы изымаются десятки миллионов тонн азота, калия, фосфора – главных компонентов питания растений. Перегной, основной фактор плодородия почвы, содержится в черноземах в количестве менее 5 %  от массы пахотного слоя. На бедных почвах перегноя еще меньше. При отсутствии пополнения почв соединениями азота его запас может быть израсходован за 50-100 лет. Этого не происходит, поскольку культурное земледелие предусматривает внесение в почву органических и неорганических (минеральных) удобрений.

Внесенные в почву азотные удобрения  используются растениями на 40-50%. Остальная  часть восстанавливается микроорганизмами до газообразных веществ, улетучивается  в атмосферу или вымывается из почвы. Таким образом, минеральные  азотные удобрения быстро расходуются, поэтому их приходиться вносить  ежегодно. При недостаточном применении органических и неорганических удобрений  почва истощается и урожаи падают. Неблагоприятные изменения в  почве наступают и в результате неправильных севооборотов, т. е. ежегодного посева одних и тех же культур, например картофеля. К числу антропогенных изменений почвы относится эрозия (разъедание). Эрозия представляет собой разрушение и снос почвенного покрова потоками воды или ветром. Широко распространена и наиболее разрушительна водная эрозия. Она возникает на склонах и развивается при неправильной обработке земли. Вместе с талыми и дождевыми водами с полей ежегодно уносится в реки и моря миллионы тонн почвы. Если размыву ничто не препятствует, мелкие промоины превращаются в более глубокие и, наконец, в овраги. Ветровая эрозия возникает в районах с сухой обнаженной почвой, с изреженным растительным покровом. Чрезмерный выпас скота в степях и полупустынях способствует ветровой эрозии и быстрому разрушению травяного покрова. Для восстановления слоя почвы толщиной 1 см в естественных условиях требуется 250-300 лет. Следовательно, пыльные бури приносят невосполнимые потери плодородного слоя почвы. Значительные территории со сформированными почвами изымаются из сельскохозяйственного оборота вследствие открытого способа разработки полезных ископаемых, залегающих на небольшой глубине. Открытый способ добычи дешев, так как избавляет от сооружения дорогостоящих шахт и сложной системы коммуникаций, а также является более безопасным. Вырытые глубокие карьеры и отвалы грунта разрушают не только земли, подлежащие разработке, но и окружающие территории, при этом нарушается гидрологический режим местности, загрязняются воды, почва и атмосфера, снижается урожай сельскохозяйственных культур.

Влияние человека на растительный и  животный мир. Воздействия человека на живую природу складывается из прямого влияния и косвенного изменения природной среды. Одна из форм прямого воздействия на растения и животных – рубка леса. Выборочные и санитарные рубки, регулирующие состав и качество леса и необходимые для удаления поврежденных и больных деревьев, существенно не влияют на видовой состав лесных биоценозов. Другое дело – сплошная вырубка древостоя. Оказавшись внезапно в условиях открытого местообитания, растения нижних ярусов леса испытывают неблагоприятное влияние прямого солнечного излучения. У тенелюбивых растений травянистого и кустарничкового ярусов разрушается хлорофилл, угнетается рост, некоторые виды исчезают. На месте вырубок поселяются светолюбивые растения, устойчивые к повышенной температуре и недостатку влаги. Меняется и животный мир: виды, связанные с древостоем, исчезают или мигрируют в другие места. Ощутимое воздействие на состояние растительного покрова оказывает массовое посещение лесов отдыхающими и туристами. В этих случаях вредное влияние заключается в вытаптывании, уплотнения почвы и ее загрязнении. Прямое влияние человека на животный мир заключается в истреблении видов, представляющих для него пищевую или другую материальную пользу. Считается, что с 1600 г. человеком было истреблено более 160 видов и подвидов птиц и не менее 100 видов млекопитающих. В длинном списке исчезнувших видов значится тур – дикий бык, живший на территории всей Европы.

В XVIII в. была истреблена описанная русским натуралистом Г.В. Стеллером морская корова (стеллерова корова) – водное млекопитающее, относящееся к отряду сиреновых. Немногим более ста лет назад исчезла дикая лошадь тарпан, обитавшая на юге России. Многие виды животных находятся на грани вымирания или сохранились только в заповедниках. Такова судьба бизонов, десятками миллионов населявших прерии Северной Америки, и зубров, прежде широко распространенных в лесах Европы. На Дальнем Востоке почти полностью истреблен пятнистый олень. Усиленный промысел китообразных привел на грань уничтожения несколько видов китов: серого, гренландского, голубого. На численность животных оказывает влияние и хозяйственная деятельность человека, не связанная с промыслом. Резко снизилась численность уссурийского тигра. Это произошло в результате освоения территорий в пределах его ареала и сокращения кормовой базы. В Тихом океане ежегодно погибает несколько десятков тысяч дельфинов: в период лова рыбы они попадают в сети и не могут из них выбраться. Еще недавно, до принятия рыбаками  специальных мер, число погибающих в сетях дельфинов достигало сотен тысяч. Для морских млекопитающих очень неблагоприятно влияние загрязнения воды. В таких случаях оказывается неэффективным запрет на отлов животных. Например, после запрета отлова дельфинов в Черном море их численность не восстанавливается. Причина заключается в том, что в Черное море с речной водой и через проливы из Средиземного моря поступает много ядовитых веществ. Эти вещества особенно вредны для детенышей дельфинов, высокая смертность которых предотвращает рост поголовья этих китообразных.

Исчезновение  сравнительно небольшого числа видов  животных и растений может показаться не очень существенным. Каждый вид  занимает определенное место в биоценозе, в цепи и заменить его не может  никто. Исчезновение того или иного  вида ведет к уменьшению устойчивости биоценозов. Еще важнее то, что каждый вид обладает уникальными, присущими  только ему свойствами. Утрата генов, определяющих эти свойства и отобранных в ходе длительной эволюции, лишает человека возможности в будущем воспользоваться ими для своих практических целей (например, для селекции).

Радиоактивное загрязнение биосферы. Проблема радиоактивного загрязнения возникла в 1945 г. после взрыва атомных бомб, сброшенных на японские города Хиросиму и Нагасаки. Испытания ядерного оружия, производимые до 1963 г. в атмосфере, вызывали глобальное радиоактивное загрязнение. При взрыве атомных бомб возникает очень сильное ионизирующее излучение, радиоактивные частицы рассеиваются на большие расстояния, заражая почву, водоемы, живые организмы. Многие радиоактивные изотопы имеют длительный период полураспада, оставаясь опасными в течение всего времени своего существования. Все эти изотопы включаются в круговорот веществ, попадают в живые организмы и оказывают губительное действие на клетки.

У испытаний  ядерного оружия (а тем более при  использовании этого оружия в  военных целях) есть еще одна отрицательная  сторона. При ядерном взрыве образуется громадное количество мелкой пыли, которая держится в атмосфере  и  поглощает значительную часть  солнечной радиации. Расчеты ученых различных стран мира показывают, что даже при ограниченном, локальном  применении ядерного оружия образовавшаяся пыль будет задерживать большую  часть солнечного излучения. Наступит длительное похолодание («ядерная зима»), которое неизбежно приведет к  гибели всего живого на Земле. В настоящее  время практически любая территория планеты от Арктики до Антарктиды подвержена многообразным антропогенным  влияниям. Очень серьезный характер приобрели последствия разрушения природных биоценозов  и загрязнения  окружающей среды. Вся биосфера находится  под все усиливающимся давлением  деятельности человека, поэтому актуальной задачей  становятся природоохранительные мероприятия.

Кислые атмосферные выпады на сушу. Одна из острейших глобальных проблем современности и обозримого будущего - это проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. Районы кислых почв не знают засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств окислов серы, азота, углерода.

Эти окислы, поступая в атмосферу, переносятся  на большие расстояния, взаимодействуют  с водой и превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и  угольной кислот,  которые  выпадают в виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами.

Главными  источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в  индустрии, в сельском хозяйстве, в  быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление  в атмосферу окислов серы, азота, сероводорода и оксида  углерода. Естественно, что это сказалось  на повышении кислотности атмосферных  осадков, наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических  представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ  на больших территориях.

1.2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

Двадцатый век породил  множество проблем, в том числе  связанные с охраной окружающей среды. Все экологические проблемы можно подразделить на локальные, которые  актуальны только для какой-либо данной местности, и глобальные, представляющие опасность в масштабе Зем¬ли.

В атмосферу, воду и почву  каждый год выбрасывается 980 миллионов  тонн отходов, среди которых есть токсичные ве¬щества, вызывающие онкологические и другие тяжелые заболевания  людей и животных. Из-за чрезмерного  загрязнения воздуха городов  ежегодно преждевременно умирают миллионы лю¬дей, а половина детей имеют  хронические недуги. Концентрация озона  в атмосфере за последние 25 лет  снизилась более чем на 25%, а  над северной Америкой, Европой и  Сибирью - на 5%. Это прямой результат  загрязнения верхних слоев атмосферы  выхлопны¬ми и промышленными  газами. Истощение защитного озонового  слоя является причиной примерно 2 миллионов  случаев заболе¬вания раком в  год. В наиболее неблагоприятных  с экологической точки зрения зонах сегодня проживает половина населения Афри¬ки, две трети - Азии и почти 4/5 - Латинской Америки. В России в таких зонах находится пятая часть городского населения. Од¬нако, около 73% населения страны (а это свыше 110 миллионов че¬ловек) оказываются в ситуации, когда приходится дышать возду¬хом, содержащим вредные вещества в концентрациях в 5 и более раз превышающих предельно допустимые нормы. (Шандала М.Г., 1988) Почти половина (если так скажем, ошибкой не будет) населения России ощущает серьезность экологических проблем. Это проявляется в повышенном загрязнении атмосферного воздуха, низком качестве питьевой воды, загрязнении водоемов, земель и т.д.

От загрязнения воздуха  страдает не только человек, но также  животные и растения. Загрязнение  атмосферы таит в себе угрозу здоровью людей, наносит большой экономический  ущерб.

Вредные для человека и  для природы выбросы могут  перемещаться в воздушных потоках  на громадные расстояния. Например, установлено, что выбросы промышленных предприятий ФРГ и Великобритании переносятся на расстояния более 1000 км и выпадают на территории скандинавских  стран, а из северо-восточных штатов США – на территории Канады. Вредоносные  последствия загрязнения среды  сказываются и в нашей стране. Так, по данным Европейской экономической  комиссии ООН, через российскую границу  в воздушных потоках с запада на восток идет в 4 раза больше серы, чем  в обратном направлении. (Новиков  Ю.В., 1999)

В России наиболее неблагополучными с точки зрения здоровья населения  по-прежнему остаются города с высокой  концентрацией промышленности. Загрязненная атмосфера вызывает увеличение числа  заболеваний дыхательных путей. Состояние атмосферы сказывается  на показателях заболеваемости даже в разных районах индустриальных городов. Например, в Москве предрасположенность  к бронхиальной астме, бронхиту, конъюнктивиту, фарингиту, тонзиллиту, хроническим  отитам на 40-60% выше в районах с  повышенным уровнем загрязнения  атмосферного воздуха. Наиболее высокие  показатели по заболеваемости бронхиальной астмой наблюдаются у жителей, живущих  в районе Садового кольца, а также  в северо-западном и северо-восточном  районах столицы. (Новиков Ю.В., 1999) Такие материалы о состоянии  здоровья населения, меняющегося в  связи с загрязнением окружающей среды, и о характере этого  загрязнения позволят более обоснованно управлять качеством окружающей среды с целью охраны здоровья населения.

Около 1,3 миллиарда человек  на планете пользуются в быту только загрязненной водой, 2,3 миллиарда не имеют элементарных сани¬тарных  условий в быту. В развивающихся  странах эта причина до 900 миллионов  случаев заболевания дизентерией  в год, которая уносит жизни 2 миллионов  детей. Около 200 миллионов человек  постоянно страдают кишечными болезнями, а время от времени здесь вспыхивают эпидемии холеры, тифа и других заболеваний  такого рода. Загрязнение рек и  морей сильно уменьшает поголовье  рыб и другой водной живности. (Пирсон Р., 1969) Все названные патологии, по заключению исследователей, связаны  с воздействием пыли, сернистого ангидрида, серной кислоты и двуокиси азота.

По мнению ученого В.И. Вернадского, неизбежен единственно  правильный подход к биосфере как  к целостной глобальной экологической  системе, обладающей определенной структурой и устойчивостью, присущими ей особенностями  формирования и развития. Такое понимание  биосферы особенно важно сейчас, когда  техногенное воздействие человека на природу достигло небывалых масштабов  и способно вызвать планетарные  изменения среды обитания человека.

Выпадающие с дождем и  снегом окислы азота, серы и различные  кислоты наносят непоправимый ущерб  лесам и водоемам; тыся¬чи озер Канады, США, Северной Европы оказались  за последние десятилетия подкисленными. Почти во всех странах Европы быстро прогрессирует вымирание лесов, По причине загрязнения атмосферы  и кислотных дождей. Очень сильно пострадали леса в Германии, Великобритании, а в Чехии повреждены 71% лесов. Эти леса выми¬рают, а ведь вместе с лесом вымирает и вся связанная  с ним фауна и флора. (Пирсон Р., 1969) Зеленое убранство планеты  сокращается в основном из-за интенсивных  заготовок древесины, расчистки  лесных площадей под сельскохозяйственные угодья, пожаров и, конечно, в результате загрязнения окружающей среды.

Другой глобальной экологической  проблемой человечества является проблема экологии городов. Сейчас в городах  проживает около 60% населения Земли  и с каждым годом доля городского населения неуклонно возрастает - это процесс урбанизации. (Машбиц Я.Г., 1985)

Считается, что ухудшение  экологической ситуации в го¬родах - феномен новый, с которым человечество столкнулось лишь в последние  десятилетия как с результатом  бурного развития промышленного  производства. Но это заблуждение. Экологические  проблемы, связан¬ные с взаимоотношениями  городов и окружающей среды, так  же стары, как и сами города.

Города древнего мира отличались большой скученностью населения. Например, в Александрии (Древний Египет) плотность  населения в I-II веках достигала 760, в Риме - 1500 человек на I гектар (для  сравнения, в центре современного Нью-Йорка  живет не более 1 тысячи человек на гектар). Ширина улиц в мире не превышала 1,5-4 метров. Санитарное благоустройство  городов было на чрез¬вычайно низком уровне. Все это приводило к  частым вспышкам эпидемий, пандемий, при  которых эпидемическая болезнь  охватывала всю страну, а то и  несколько стран. Первая зарегистрированная пандемия чумы (известная как «Юстиниановая  чума») воз¬никла в VI веке в Восточной  Римской империи и охватила многие страны мира. За 50 лет эта чума унесла около 50 миллионов че¬ловеческих  жизней (и это притом, что все  население Земли едва ли превышало  несколько сот миллионов человек). (Григорьев А.А., 1991)