Анализ и реганализ и регулирование природной среды регулирование природной среды

АНАЛИЗ И РЕГУЛИРОВАНИЕ  ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

1. Виды и характер антропогенного воздействия человека на природу.

Человек тесно связан с окружающей природной средой происхождением, материальными и духовными потребностями. Масштабы и формы этих связей неуклонно росли от локального использования отдельных природных ресурсов до практически полного вовлечения ресурсного потенциала планеты в жизнеобеспечение современного промышленно развитого общества.

С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на состояние биосферы. Он достиг огромной силы в текущем столетии и особенно в последние десятилетия. По масштабам своего воздействия на природу 6 млрд. наших современников равны примерно 60 млрд. людей каменного века, а количество высво-бождаемой человеком энергии скоро может стать сравнимой с энергией, получаемой Землей от Солнца. Человек, развивая производство, переделывает природу, приспо-сабливает ее к своим потребностям, и чем выше уровень развития производства, чем совершеннее техника и технология, тем больше степень использования сил природы и загрязнения окружающей среды.

Научно-техническая революция, вызвавшая интенсификацию производственных процессов, привела к резкому увеличению масштабов использования разнообразных природных ресурсов. На интенсивность использования природных ресурсов и тесно связанное с нею состояние окружающей среды объективно влияют две группы факторов: 1) научно-техническая революция и ее проявление в производственной деятельности человеческого общества; 2) демографические факторы (рост численности населения, урбанизация). Эти факторы определяют уровень развития производительных сил, от которого, в свою очередь, зависит степень воздействия человеческого общества на природные ресурсы и загрязнение окружающей среды.

В процессе своей жизни и деятельности человек так или иначе влияет на окружаю-щую среду. Воздействие  человека на различные элементы среды  и факторы, порожденные человеком  и его хозяйственной деятельностью, называются антропогенными (от греч. “антропос” - человек).

Антропогенное воздействие на окружающую среду  носит, как правило, деструктивный характер. Антропогенные факторы приводят к истощению природных ресурсов, загрязнению природной среды и образованию искусственных ландшафтов. Человеческая деятельность ведет к гомогенизации систем биосферы. Люди все больше “стирают” элементарные экосистемы, превращают их в монотонные агросистемы, довольно однообразные по биогеохимическим характеристикам культурные ландшафты. Степень замкнутости биогеохимических циклов при этом снижается. Кроме того, массовое истребление человеком видов животных и растений изменяет естественные процессы (в первую очередь экологическое равновесие) в биосфере. Антропогенные воздействия на биосферу "заменили" биогенную эволюцию, разрушив естественные системы природы. Эволюция вынуждена идти экстенсивно, под воздействием внешних факторов, с темпом, диктуемым трансформацией природы человеком, а не ходом естественных событий.

Существуют  различные классификации антропогенного воздействия на ОС.

1. По  способу воздействия: биологическое,  химическое, физическое, механическое.

2. По  длительности воздействия: статическое,  динамическое, длительное, кратко-временное.

3. По  характеру воздействия: косвенное,  прямое.

4. По  результатам воздействия: отрицательное, положительное.

К положительным  воздействиям на ОС можно отнести: природоохранную  деятельность, рациональное природопользование, предотвращение техногенных аварий и катастроф, экологизацию промышленности и сельского хозяйства, утилизацию отходов.

5. По  масштабу воздействия: глобальное (планетарное), региональное, локальное.

6. По  площади воздействия: площадное,  точечное.

7. По  глубине воздействия: глубинное,  приповерхностное, поверхностное. 

К категориям объектов воздействия  относятся: природные ландшафтные комплексы, поверхность земли, почва, недра, растительность, животный мир, водные объекты, атмосфера, микросреда и микроклимат обитания, люди.

Совокупность антропогенных  воздействий на экосферу и среду  обитания людей может быть подразделена по нескольким критериям.

1. Общий характер процессов  антропогенного воздействия, предопределяемый различными формами человеческой деятельности: изменением ландшафтов, изъятием природных ресурсов, загрязнением окружающей среды.

2. Материально-энергетическая природа воздействий: механические, физические физико-химические, химические, биологические факторы и агенты, а также их различные сочетания.

3. Категории объектов  воздействия: природные ландшафтные комплексы, поверхность земли, почва, недра, растительность, животный мир, водные объекты, атмосфера, микросреда и микроклимат обитания, люди.

4. Количественные характеристики  воздействия: их пространственные масштабы (локальные, региональные, глобальные), единичность и множественность, сила воздействия и степень их опасности (интенсивность факторов и эффектов, пороговость, допустимость по нормативным экологическим и санитарно-гигиеническим критериям, степень риска и т.п.).

5. Временные параметры и различия  воздействий по характеру наступающих  изменений: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, вызывающие цепные реакции, обратимые и необратимые и т.п.

Антропогенные изменения  делятся на преднамеренные и непреднамеренные. Преднамеренные преобразования - это освоение земель под посевы или многолетние насаждения, сооружение водохранилищ, каналов и оросительных систем, строительство городов, промышленных предприятий и путей сообщения, рытье разрезов, котлованов, шахт и бурение скважин для добычи полезных ископаемых, осушение болот и т.п.

Непреднамеренные изменения - это загрязнение окружающей среды, изменения газового состава атмосферы, изменения климата, кислотные дожди, ускорение коррозии металлов и разрушения памятников культуры, образование фотохимических туманов (смогов), нарушения озонового слоя, развитие эрозионных процессов, наступление пустыни, экологические катастрофы в результате крупных аварий, обеднение видового состава биоценозов, развитие экологической патологии у населения и др.

Непреднамеренные  экологические изменения выступают на первый план не только потому, что многие из них очень значительны и важны, но и потому, что они хуже контролируются и чреваты непредвиденными эффектами. Кроме того, некоторые из них, например техногенная эмиссия CO2 или тепловое загрязнение, принципиально неизбежны, а устранение других требует колоссальных затрат.

К наиболее важным формам антропогенного воздействия  на природу относятся: переэксплуатация и истощение природных ресурсов и техногенное загрязнение среды.

За последние 50 лет  расходы лесоматериалов в мире увеличились почти в 3 раза, бумаги - в 6, воды - в 3, зерна - почти в 3, а использование каменного угля как топлива увеличилось в 4 раза, также в 4 раза увеличилось производство стали.

За последние 50 лет мир потерял почти половину своего лесного массива. Чрез-мерное рыболовство привело к тому, что популяции рыб находятся на грани катастрофы. Продолжающееся сокращение биоразнообразия на планете ведет к дальнейшей деста-билизации равновесия в биосфере. Эрозия почвы стала серьезной проблемой во многих странах мира. В США, Европе, Китае, Индии, на Ближнем Востоке и в Африке сокра-щаются запасы воды. Нехватка воды означает и нехватку продуктов питания. 70% миро-вых водных ресурсов используются на выращивание урожая.

Использование природных  ресурсов резко увеличится в течение  последующих 50 лет. Ожидается, что население  нашей планеты увеличится на 60%. В связи с этим уси-лится расходование природных ресурсов.

Техногенное загрязнение  различных природных сред оказывает резко негативное воздействие на живые организмы, условия жизни человека и его здоровье. Антропогенное загрязнение окружающей среды за последние десятилетия приобрело глобальный характер и привело к резкому ухудшению состояния природных экосистем и существенно сократило доступные эксплуатационные ресурсы на Земле. Кроме того, различные виды техногенного загрязнения являются причиной многих экологических проблем современ-ности (разрушение озонового экрана, изменение климата, проблема отходов, сокращение биоразнообразия).

Воздействие человека на окружающую среду в современную  эпоху стало фактором геологического или даже космического масштаба, превосходящим  все природные силы, которые когда-либо влияли на эволюцию жизни, эволюцию земной биосферы.

2. Анализ и регулирование природной среды.

Практическая деятельность человека на современном этапе развития биосферы приводит к нарушению различных физических законов, связанных с экологическим равновесием в природе, в частности принципа Ле Шателье - Брауна.

В настоящее время  действие принципа Ле Шателье - Брауна в рамках биосферы нарушено. Происходит отклонение круговорота углерода от равновесного доиндустри-ального состояния. Если в конце прошлого века еще происходило увеличение биологи-ческой продуктивности и биомассы в ответ на возрастании концентрации углекислого газа в атмосфере, то с начала нашего века это явление не обнаруживается. Наоборот, биота выбрасывает углекислый газ, а биомасса ее автоматически снижается.

В.И. Вернадский считал, что человечество сможет обеспечить свое будущее только в том случае, если возьмет на себя ответственность за развитие биосферы в целом. И за развитие общества и природы, частью которой оно является.

На протяжении всей истории  эволюция живого вещества и всей биосферы шла по общим законам развития - по принципу “естественной самоорганизации”. В настоящее время эволюция биосферы теряет свою “естественность” и ею начинает управлять разум. Это новое состояние биосферы получило название “ноосфера”.

Современность диктует необходимость гармоничного совместного развития чело-века и природы. Необходимым условием развития человечества, его перехода в эпоху ноосферы является реализация новой стратегии экоразвития и перехода к устойчивому развитию.

Стратегия экоразвития включает множество элементов, направленных на стабили-зацию глобального равновесия на планете и выживания человечества: энергосбережение, ресурсосбережение, уменьшение загрязнения окружающей среды, регулирование числен-ности народонаселения, отказ от потребительского подхода, разработка всеобъемлющей сверхдолговременной стратегии природопользования, полный переход от промысла к хозяйству, воспитание экологического мировоззрения и др.

Концепция устойчивого развития, положенная в  основу Конференции ООН по окружающей среде и развитию (КОСР) 1992 г. в Рио-де-Жанейро, предполагает в бли-жайшей перспективе гармонизацию развития общества и окружающей природной среды через устойчивое развитие трех составляющих – экономики, социальной сферы и эко-логии. Дальнейшее формирование и определение направлений стратегии устойчивого развития было продолжено в 2002 г. на Всемирном саммите по устойчивому развитию (ВСУР)  в Йоханнесбурге. На саммите среди приоритетных экологических задач были названы: решение проблемы обеспечения населения пресной водой, решение проблем энергетики и сокращения биоразнообразия, повышение уровня здравоохранения и произ-водительности сельского хозяйства.

2.1. Экологическое нормирование.

В рамках концепции устойчивого развития важное место в оптимизации взаимо-отношений общества и природы играют прогнозирование и моделирование природных процессов, экологическое нормирование и экологический мониторинг.

2.1.1. Экологическое прогнозирование.

Прогноз и прогнозирование в  природопользовании.

Прогноз – всякое конкретное предсказание или вероятностное суждение о состоянии чего-то или о проявлении какого-то события в будущем.

Экологический прогноз – предсказание изменений природных систем в локальном, региональном и глобальном масштабе. Главной целью экологического прогноза является оценка предполагаемой реакции окружающей природной среды на прямое или опосредо-ванное воздействие человека и решение задач будущего рационального использования природных ресурсов в связи с ожидаемыми состояниями окружающей среды.

Прогноз использования природных ресурсов – предварительное определение объема природных ресурсов, которые могут быть вовлечены в хозяйственный оборот с учетом экономических, социальных, технических и экологических ограничений и возможностей.

По времени  упреждения прогнозы делятся на сверхкратковременные (до 1 года), краткосрочные (до 3-5 лет), среднесрочные (до 10-15 лет) долгосрочные (до нескольких десятилетий) и сверхдолгосрочные (на тысячелетия и более вперед).

По масштабам  прогнозируемых явлений прогнозы делятся на четыре группы: глобальные, региональные, национальные и локальные.

Прогнозирование – совокупность приемов, позволяющих на основе анализа связей объекта и их вероятных изменений в рамках рассматриваемого явления или процесса, вынести суждение определенной достоверности относительно его будущего развития.

Экологическое прогнозирование – предсказание возможного поведения природных систем, определяемого естественными процессами и воздействием на них человека.

Прогнозирование в природопользовании имеет ряд особенностей:

• прогнозирование  природопользования должно учитывать  принцип взаимосвязи и взаимообусловленности  природных ресурсов и объектов планеты;

• прогнозирование  природопользования должно быть осуществленно  на основе прог-ноза социально-экономического развития на всех уровнях (регион, страна и т.д.);

• прогнозирование природопользования непосредственно связано с прогнозом  развития научно-технического прогресса  и в первую очередь в сферах, непосредственно связанных с  природопользованием и др.

К основным принципам прогнозирования  в природопользовании относятся:

1. Системный принцип (предполагает  учет комплекса факторов, взаимосвязь  методов и иерархических уровней).

2. Принцип объективности, научной  обоснованности.

3. Принцип совпадения, подтверждения, адекватности (совпадение теоретических моделей с практическими проявлениями).

4. Вариантность, альтернативность (оцениваются  альтернативные варианты предпо-лагаемого  решения  и ожидаемых последствий).

5. Использование результатов прогнозов  в следующих направлениях и программах.

Методы прогнозирования объединяют в две группы: логические (индукция, дедукция, аналогия, экспертные оценки) и формализованные (статистический метод, экстраполяции, моделирование).

В природопользовании прогнозу подвергаются отдельные объекты (например, охраняемые виды, объекты неживой природы), естественные экосистемы, природные комплексы в масштабах региона, республики, страны, отдельные виды ресурсов и др. Существуют прогнозы времени исчерпания запасов различных минеральных ресурсов, сокращения биоразнообразия, изменения природных ландшафтов в условиях потепления климата или антропогенной трансформации и т.д. 

Экологическое прогнозирование позволяет  правильно оценить возможные  послед-ствия, избежать ошибок, правильно  спланировать применяемые действия в области природопользования. 

2.1.2. Моделирование природных процессов в природопользовании.

В экологии под моделью обычно понимают материальный или мысленно представ-ляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал, и его непо-средственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале.

Моделирование – метод исследования сложных объектов, явлений и процессов путем их упрощенного имитирования. Основным требованием к любой модели является ее подобие с моделируемым предметом.

Модели обычно делятся на две группы: материальные (физические) и идеальные или мысленные (математические, графические, кибернетические, имитационные).

Из материальных моделей в природопользовании наиболее распространены физи-ческие. Например, при создании крупных проектов, таких, как строительство ГЭС, связан-ных с изменениями окружающей природной среды. Вначале строятся уменьшенные мо-дели устройств и сооружений, на которых исследуются процессы, происходящие при зара-нее запрограммированных воздействиях.

Первой идеальной  моделью прогнозирования расхода  ресурсов была модель Т.Мальтуса (1798 г.), который принял геометрический рост численности населения и арифметический рост средств существования. 

Со второй половины ХХ в. идеальные модели приобретают все большее значение в природопользовании. В 1972 г. группа ученых во главе с Д.Х и Д.Л. Медоуз построила динамическую модель на базе пяти основных показателей: ускоряющаяся индустриализация, рост численности населения, увеличение числа недоедающих, истощение ресурсов, ухудшение окружающей среды. Прогноз по модели Медоуза по различным вариантам показал, что вследствие исчерпания природных ресурсов и растущего загрязнения в середине XXI в. произойдет мировая катастрофа. Доклады были представлены Римскому клубу, а затем опубликованы под названием “Пределы роста”. В книге представлено 12 различных компьютерных расчетов, каждый из которых показывал один из возможных путей развития человечества до 2100.

В 1992 г. вышла вторая книга этих авторов под названием “За пределами роста”. Основная идея та же: как будет развиваться человечество при неограниченном росте населения. Основные выводы: 1) Темпы использования человечеством многих важных видов ресурсов и темпы производства многих видов загрязнений уже превышают допустимые пределы. Без изменения ситуации в ближайшие десятилетия произойдет неконтролируемое сокращение производства продуктов питания, потребления энергии и промышленного производства. 2) Это сокращение не является неизбежным. Для предотвращения необходимо пересмотреть политику и практику, способствующих росту численности и потребления, повысить эффективность использования материальных и энергетических ресурсов. 3) Создание устойчивого общества путем совершенствования технологий и энергетических ресурсов.  

В 2004 г. вышла третья книга “Пределы роста. 30 лет спустя”, в которой  прогнозы еще раз откорректированы с учетом последних статистических данных о состоя-нии человечества и биосферы. При этом основный вывод  остался прежним: пределы развития цивилизации на ограниченной по размерам планете непреодолимы, их превышение неизбежно влечет экологический коллапс. Основное отличие новой работы – деалармизация и поиск путей и средств для перехода к устойчивому развитию.     

В конце 1970-х  гг. под руководством академика Н.Н. Моисеева была разработана математическая модель биосферы “Гея”.

Н.Н. Моисеев на первое место поставил изучение закономерностей протекания биосферных процессов и разработал схему вычислительной системы, имитирующей  взаимодействие океана, атмосферы и биоты с учетом антропогенных воздействий (доклад на конференции по глобальным проблемам в Венеции в 1972 г.). Исследования биосферы и оценка возможных антропогенных ее изменений с помощью компьютерного моделирования привели Н.Н. Моисеева к провозглашению приоритета “экологического императива” в условиях коэволюции природы и общества.  

В последние  десятилетия все более актуальным становится моделирование природо-пользования. В качестве научной основы природопользования используется модель  гео-системы. Различают модели разных видов геосистем – природную, природно-техническую и интегральную (включает природу, население и орган управления, принимающий и контролирующий решения). Модель геосистемы используется в природо-пользовании для прогнозирования, а также с целью управления природопользованием.

При моделировании, например,  землепользования создаются  модели агросистем (агрокомплексов), для  чего проводится агроэкологическая  оценка земель, обобщение полученных данных в рамках геоинформационных систем  (ГИС), наработка базы данных урожайности для каждого ландшафта, оценка воздействия на окружающую среду и др. В основе моделей лежат почвенно-ландшафтная, гидрологическая карты, а также карты рельефа и эрозионных процессов. Компьютерное наложение ГИС позволяет учитывать экономические и социальные факторы, проводить программирование оптимальных решений в землепользовании. 

Речь идет о  построении имитационной компьютерной модели системы земледелия.

По охвату территории модели могут быть локальными, региональными и глобаль-ными.

Моделирование техногенеза загрязнений ОС с  применением ГИС-технологий (с учетом существующих нормативов загрязнений различных природных сред различными загрязнителями).

2.1.3. Экологическое нормирование.

Главным средством экологической регламентации хозяйственной деятельности является система природоохранных норм и правил, включающая экологические норма-тивы. Экологические нормативы, с одной стороны, выступают как ограничители антропо-генных воздействий на природу и среду обитания, с другой – стимулируют экологизацию хозяйственной деятельности. Среди экологических нормативов определяющее значение для контроля и управления качеством окружающей среды имеют гигиенические норма-тивы.

Санитарно-гигиенические  нормативы – это устанавливаемые в законодательном порядке, обязательные для исполнения всеми ведомствами, органами и организациями допустимые уровни содержания загрязняющих веществ в объектах окружающей среды.

Норматив качества окружающей среды  носит конкретный характер и основан на определенных признаках:

• объект защиты (например, растение, животное, человек и т.д.);

• среда, в которой нормируется  и контролируется содержание вещества (воздух, вода, почва, пища, организм и  др.);

• критерий вредности (снижение продуктивности растений, заболеваемость и др.);

• регламентируемая временная характеристика (временной период воздействия);

• последствия к которым может  привести превышение допустимого уровня. 

С 1949 г. действуют нормативы  ПДК (предельно-допустимые концентрации того или иного вещества) в воздухе населенных пунктов исходя из гигиенических требований. Существует гигиеническое нормирование химических веществ в атмосферном воздухе населенных мест и рабочей зоны, в водной среде, в почве, в продуктах питания.

В настоящее время наряду с гигиеническими ПДК разрабатываются также ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. Нормируются химический состав ирригацион-ных вод, содержание вредных веществ в кормах; устанавливаются ПДК химических соединений в сточных водах, подаваемых на сооружения по биологической очистке. Разработаны ПДК химических соединений в воздухе особо охраняемых территорий (например, для усадьбы-заповедника "Ясная Поляна"), предложены ПДК, предназначен-ные для защиты древесных растений. При этом гигиенические ПДК остаются ведущим критерием качества окружающей среды.

Существует другой подход к экологическому нормированию с  использованием при-родоохранных лимитов. Лимитирование взаимоотношения  человека и природы реализу-ется как комплекс ограничений на хозяйственную и бытовую деятельность. В системе количественных ограничений существуют следующие группы лимитов.

1. Частные лимиты по элементам. Применяют как регламентируемые предельно допустимые концентрации (ПДК) по элементам при воздействии на окружающую среду.

2. Частные лимиты по ресурсам. Применяют как регламентируемое  количество потребляемых природных  ресурсов. Может задаваться как  предельно допустимый объем потребления  ресурсов на сутки, месяц, год.

3. Комплексные лимиты по локальным  объектам. Например, комплексные лимиты по производственным, сельскохозяйственным или бытовым объектам устанавливаются как предельно допустимое “экологическое давление”.

4. Комплексные лимиты по регионам. Применяют как регламентируемое  предельно допустимое воздействие на окружающую среду всех производственно-хозяйственных объектов региона.

Появление нового производственно-хозяйственного объекта возможно только при условии  соответствующего снижения экологического давления по действующим объектам. Его собственник должен “приобрести” право на использование природных ресурсов или на выбросы в окружающую среду.

2.2. Экологический мониторинг.

Среди мероприятий по оптимизации взаимоотношений общества и природы  и охраны окружающей среды особое место отводится  системе экологического мониторинга, основной задачей которого являются: информационное обеспечение и поддержка процедур принятия решений в области природоохранной деятельности и экологической безопасности.

Мониторинг  окружающей среды - это регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, позволяющие выделить их состояние и происходящие в них процессы под влиянием человека.

В систему мониторинга  должны входить следующие основные процедуры:

• выделение (определение) и обследование выделенного объекта наблюдения;

• составление информационной модели для объекта наблюдения и планирование измерений;

• оценка состояния объекта наблюдений и прогнозирование его изменений;

• представление информации в удобной для использования форме и доведение ее до потребителя.

Под экологическим мониторингом  понимается организованный мониторинг окружающей  природной среды,  при котором обеспечивается постоянная оценка экологических условий обитания человека и живых организмов, и создаются условия для определения корректирующих действий в случае неблагоприятности условий.

Основные цели экологического мониторинга - обеспечение системы управления природоохранной деятельности и экологической безопасности своевременной и достоверной информацией, позволяющей:

• оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека;

• выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются;

• создать предпосылки для определения мер по исправлению возникающих нега-тивных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб.

Исходя из названных  целей экологический мониторинг должен быть ориентирован на ряд показателей трех общих видов: соблюдения, диагностики и раннего предупрежде-ния. Кроме основных целей экологический мониторинг может быть ориентирован на достижение специальных программных целей, связанных с выполнением конкретных природоохранных мероприятий, соглашений и обязательств государств в соответствую-щих областях.

Основные задачи экологического мониторинга:

• наблюдение за источниками и факторами антропогенного воздействия;

• наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;

• оценка фактического состояния природной среды;

• прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды.

Выделяют глобальный (биосферный), национальный, региональный и локальный мониторинги.