Учебное пособие Москва 2008 министерство образавания российской федерации

Вид материала

Учебное пособие

Содержание Кафедра «инженерная защита окружающей среды Введение в экологию Ж. Б. Ламарк 2. Масштабы экологического кризиса Изменение масштабов хозяйственной деятельности и глобальной экосистемы Центры экологической дестабилизации Потеря биоты Биота – любая пространственная совокупность всех живых организмов безотносительно к категории сообществ (биота суши, биота океан Глобальные изменения климата Разрушение озонового слоя Земли Твердые и опасные отходы Загрязнение вод Исчерпание природных ресурсов. Обеспеченность экономики природными ресурсами, характери­зующая ее эффективность Энергетические проблемы Рост народонаселения Изменение численности человечества Рост населения городов Средняя продолжительность жизни человека в разных странах Антропогенные физические поля - повышенные уровни шума, вибрации, ин­фразвука и электромагнитные загрязнения, возникшие в резуль ... Полное содержание

Подобный материал:

• Учебное пособие Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации, 936.13kb.
• Учебное пособие Министерство образования и науки Российской Федерации Владивостокский, 861.04kb.
• Учебное пособие Министерство образования и науки Российской Федерации Владивостокский, 1116.36kb.
• Учебное пособие Челябинск 2006 Министерство образования и науки Российской Федерации, 864.53kb.
• Учебное пособие 28365942 Москва 2008 ббк 66., 2986.28kb.
• Государственная программа Российской Федерации «Доступная среда» на 2011 2015 годы, 1560.95kb.
• Учебное пособие Оренбург 2004 Министерство образования и науки Российской Федерации, 3542.12kb.
• Учебное пособие Москва ● 2008 удк 343. 851. 5 Ббк 67. 518. 8-91, 1217.93kb.
• Учебное пособие. Москва, Издательство мгоу, 2008. 126, 1961.14kb.
• Министерство образования и науки Российской Федерации гоу впо «Сыктывкарский государственный, 653.44kb.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗАВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


КАФЕДРА «ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ»


Е.А. ЕЛЬЧАНИНОВ


ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ


Часть 1


Хозяйственная деятельность и окружающая среда.

Территориально-промышленные комплексы


Учебное пособие


Москва 2008


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗАВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


КАФЕДРА «ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ»


Утверждено

УМС МГГУ в качестве

учебного пособия


Е.А. ЕЛЬЧАНИНОВ


ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ


Часть 1


Хозяйственная деятельность и окружающая среда.

Территориально-промышленные комплексы


Учебное пособие


Москва 2008

(Пределы роста. Население и промышленность. Ресурсы и отходы.

Переход к устойчивому развитию)

Введение в экологию

И от нас природа отступила так, как будто мы ей не нужны.

О. Мандельштам

..Можно, пожалуй, сказать, что назначе­ние человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания.

Ж. Б. Ламарк

1. Кризис цивилизации


Замечательный советский поэт первой половины XX в. и вы­дающийся французский естествоиспытатель конца XVIII и начала XIX в. оказались великими провидцами. Задолго до нашего тра­гического времени они предвидели и обозначили немыслимый еще совсем недавно кризис - кризис нашей техногенной цивилизации, кризис человечества в его сложных отношениях с природой.

История человеческого общества - это история природопользо­вания, т.е. использования природных ресурсов в целях повышения комфорта и благосостояния homo sapiens. Еще в начале XX в. люди Земли дышали чистым воздухом, пили чистую воду. Мир казался бескрайним, а ресурсы природы - неисчерпаемыми. Пролетело не­сколько десятилетий, и мир оказался на грани самой страшной ру­котворной катастрофы - экологической. Если человечество будет продолжать идти по этому пути, то его гибель неизбежна не позже чем через одно - два поколения. Так считают многие экологи.

Отношение человека к природе и взаимоотношения человека с природой стали своеобразным узлом различных аспектов экономи­ческой, культурной и общественной жизни человека. Происходит переоценка всех ценностей, и мы наконец сумеем осознать, что для человека нет привилегированного места в природе и космосе, что на Земле может существовать только то общество, которое живет в ор­ганичном единстве с окружающей природной средой.

Термин «экология» был впервые введен в 1866 г. немецким ес­тествоиспытателем Э. Геккелем для обозначения одного из разде­лов биологии - изучения взаимодействия организмов со средой их обитания. И это понятие для человечества многие годы остава­лось на периферии его взгляда на мир, поскольку со времен Р. Бе­кона в европейском мышлении утвердилась идея о безграничных возможностях человеческой цивилизации.

В наше время понятие «экология» прочно укоренилось в мас­совом сознании. Примеры: экологизация промышленности, эко­логическая политика, экологическое мировоззрение, экологическая культура. Экология заняла самостоятельное место в системе знаний. Экология - зна­ние современного типа развития общечеловеческой культуры. Заговорили об экологической фазе мирового прогресса.

Экология как научное направление стала в один ряд с биологи­ей, физикой, химией. А если включить в нее все разделы современ­ного естествознания, то тогда почти вся современная наука должна называться экологией. Возможно, надо говорить не о новой отрасли науки, а об экологизации всей системы знаний.

Происходящее - крутой поворот в научном мировоззрении. В истории науки известны периоды, когда происходила быстрая смена установленных парадигм. Так, в XVIII в. имел место пово­рот от теологии к материализму. Такие периоды принято назы­вать научными революциями. Поэтому можно сказать, что мы переживаем экологическую революцию.

Всем становится ясно, что многие, если не все без исключения, современные глобальные проблемы по сути экологические. Это и проблемы голода, энергетики, использования ресурсов мирового океана. Неэкологическое стало социально и экономически ущерб­ным и просто опасным для общества.

Человечество осознало важность экологических проблем, ко­гда масштабы и интенсивность материальной деятельности людей стали такими, что естественная среда планеты перестала быть всеобщим поглотителем отходов производства, транспорта, быта и практически неисчерпаемым источником сырья и энергии, и когда возникли признаки необратимых деградационных процес­сов в обиталище жизни на Земле - биосфере. Экосистемы, фор­мировавшиеся миллионы лет, претерпевают существенные изме­нения, становятся неустойчивыми по отношению к внешним - человеческим воздействиям на глобальном уровне.

Что вызвало кризис, который мы называем экологическим, по­чему он происходит и развивается в конце XX в.? Основные при­чины две: рост народонаселения и научно-техническая революция. Еще в начале XX в. человечество насчитывало около 1 млрд., а к концу XX в. увеличилось в 6 раз (всего лишь за одно столетие!). Многие экологи указывают, что 1-1,5 млрд. народонаселения - это предельно допустимое число разумных существ на Земле, чтобы ее природные ресурсы не истощались, а природа восполняла ущерб от техногенной деятельности естественным путем.

Научно-техническая революция вызвала к жизни неведомые и невероятные силы: авиационный и автомобильный транспорт, ядерную энергетику, химическую индустрию и т.д., и дело даже не в том, что эти и другие отрасли вредны для природы, просто именно они способствовали исчерпанию природных ресурсов, из-за них по­требление материалов и энергии в XX в. шло невероятными темпа­ми, опережая даже рост населения. Так, потребление энергии воз­росло в 10 раз, а материалов - в 9 раз. Чем богаче страна, тем больше природных ресурсов она потребляет. В США, например, при доле населения немногим более 4% от мирового, потребляется до 40% мировых природных ресурсов.

Понятие «экологический кризис» впервые появилось в 1972 г. на страницах первого доклада Римского клуба¹ «Пределы роста». Авторский коллектив под руководством американского кибернетика Д. Медоуза построил прогностическую модель мира, используя в качестве переменных факторов рост населения, капиталовложе­ния, занятое человеком земное пространство (степень нарушения экосистем), степень использования природных ресурсов, за­грязнения биосферы. Выводы доклада сводились к следующему: при сохранении темпов роста к тенденции развития экономики человечество придет к катастрофе и погибнет в 2100 г. К этому времени большая часть населения вымрет от голода и истощения. Природных ресурсов не хватит на производство необходимых ма­териальных благ, из-за загрязнений окружающая среда станет не­пригодной для обитания в ней человека.

Таким образом, противоречие между целями человечества (улучшение качества жизни) и возможностями природы налицо. Вмешательство людей в естественные природные процессы гро­зит гибелью природы, а значит, и человечества.

¹Римский клуб - авторитетная международная ассоциация по изучению глобальных проблем современности (финансируется фирмами «Фиат» и «Фольксваген»).


2. Масштабы экологического кризиса

...не спрашивай никогда, по ком звонит Колокол: он звонит по Тебе.

Джон Донн

Основные изменения в XX в. XX в. оказался самым бурным и неспокойным веком для человечества, веком разительных соци­альных перемен, экономических и экологических изменений. К его началу человечество пришло с экономикой, которая произво­дила валовой мировой продукт в объеме 60 млрд. долл., т.е. имен­но такой экономический потенциал был создан человечеством до XX в. (табл. 2.1). К концу XX в. экономика создавала такой продукт всего за один день, т.е. всего за одно столетие темпы роста эконо­мики возросли в сотни раз. Это сопровождалось невиданным рос­том народонаселения, которое увеличилось в 6 раз.

Основной и единственный источник этого роста - природные ресурсы, биоресурсы, природа Земли, которые оказались невос­полнимыми.

Таблица 2.1

Изменение масштабов хозяйственной деятельности и глобальной экосистемы

Показатель	Начало XX в.	Конец XX в.
Валовой мировой продукт, млрд. долл.	60	20 000
Численность населения, млрд. человек	1,0	6,0
Потребление пресной воды, млрд., м3	360	4000
Потребление чистой продукции биоты, %	1	40
Сокращение числа видов, %	-	20
Площадь, нарушенная хозяйственной деятельностью, %	20	60
Потребление энергии	1	Возросло в 12 раз (удвоение каждые 25 лет)

Основные тенденции XX в.:

- сокращение площади экосистем со скоростью 1% в год, со­хранилось не более 40% незатронутых площадей;

- изменение концентрации парниковых газов (СО₂) в атмо­сфере (увеличение в несколько раз);

- истощение озонового слоя на 1-2% в год, появление озоно­вых дыр; сокращение площади лесов, особенно тропических (200 тыс. км²/год);

- расширение площади пустынь (60 тыс. км²/год);

- деградация земель (засоление почв, снижение плодородия, эрозия почвы);

- повышение уровня океана (от 2 мм до 1 см в год);

- увеличение техногенных аварий и катастроф (рост ущерба и числа жертв на 5-10% в год);

- исчезновение биологических видов (в год исчезает от 5 до 150 тыс. видов примерно из 20 млн.);

- накопление вредных веществ в воде, почве, воздухе;

- увеличение потребления пресной воды;

- появление и увеличение интенсивности вредных физиче­ских полей (шум, инфразвук, электромагнитные поля);

- изменение климата (глобальное потепление);

- ухудшение качества жизни (генетические и новые заболева­ния понижение иммунного статуса).

Тенденции, к сожалению, сохранятся и в XXI в., в котором темпы этих изменений могут только возрастать.

Центры экологической дестабилизации. Основным следствием хозяйственной деятельности человека служит нарушение им есте­ственных экосистем на суше.

По степени нарушения экосистем различают территории:

- ненарушенные: наличие естественного растительного покрова и
плотность населения не более 10 чел. на 1 км²;

- частично нарушенные: наличие вторичной, но естественно восстанавливаемой растительности, следов деятельности челове­ка, например рубки леса;

- нарушенные: наличие постоянных сельскохозяйственных угодий и городских поселений, отсутствие естественной расти­тельности и даже деградация земель, например расширение площади пустынь.

На нарушенных территориях (табл. 2.2) идет распад остатков экосистем, не успевает восстанавливаться устойчивое состояние, идет непрерывный распад органического вещества, нарушен нормальный сбалансированный оборот биогенных веществ, что вынуждает затрачивать дополнительную энергию для его поддер­жания и для очистки окружающей среды. Например, в странах с самым большим вложением энергии в единицу площади (Нидер­ландах) территория полностью перестроена человеком и не оста­лось места для естественных экосистем.


Таблица 2.2

Площади с нарушенными экосистемами

Континент	Общая площадь, млн. км2, примерно	Территория, %
		Ненарушен-ная	частично нарушенная	нарушенная
Европа	9	15	20	65
Азия	53	43	27	30
Африка	34	50	35	15
С. Америка	26	56	18	25
Ю. Америка	20	62,5	22,5	15
Австралия	8,5	62	26	12
ИТОГО	162

На Земле осталось (за вычетом ледников и скал) около 50 млн. км² ненарушенных территорий. В наибольшей степени экосистемы нарушены в Европе, Северной Америке и частично в Азии. Во многих странах этих регионов сельскохозяйственные угодья, на­селенные пункты и хозяйственная инфраструктура занимают от 40 до 80% их территории. Это относится к США, Великобрита­нии, Нидерландам, Японии и другим странам.

В Северном полушарии сформировались три центра эколо­гической деградации, тесно связанных с ростом плотности насе­ления:

Североамериканский (США, Мексика, частично Канада) -6 млн. км²;

Европейский (Западная, Центральная и Восточная Европа со странами Балтии, Европейская часть России) - 7 млн. км²;

Азиатский центр (Индостан, Китай без Тибета, Япония, Ко­рея, Филиппины, Цейлон, Бирма, Малайзия) - 7 млн. км².

На Земле пока сохранились центры стабилизации окружаю­щей среды, в число которых входят:

Северный Евроазиатский (Скандинавия, Север России, Западная и Восточная Сибирь, Дальний Восток) – около 13 млн. км² (тайга и лесотундра);

Североамериканский (Аляска, Канада) – 9 млн. км²

Южноамериканский (Амазонка) – 1 млн. км²

Австралийский – 4 млн. км²

Вне суши самым мощным центром стабилизации окружающей среды служит Мировой океан с пока сохранившимися естественными экосистемами.

Потеря биоты² биосферы. Для своего существования биота получает энергию от Солнца. 89% всей органики потребляют микроорганизмы, менее 10% - насекомые и мелкие животные, крупные животные и человек потребляют менее 1%. За последние 100 лет человек уничтожил больший объем органической продукции, чем было создано за сотни миллионов лет. Человек потребляет примерно 30% фото синтезированной продукции, что ведет к уничтожению биомассы, опустыниванию и пр. При таком интенсивном освоении и уничтожении человеком биоты диким животным не остается пищи для существования, а диким растениям – пространства для воспроизводства. По имеющимся данным при потере 50% экологического пространства исчезает 10% видов.

Всего на Земле существуют от 5 до 30 млн. видов, научно описано около 1,5 млн. По различным оценкам к концу ХХ в. исчезает ежегодно от 5 тыс. до 150 тыс. видов. Конечно, в своей практической деятельности человек использует очень ограниченное число видов биологических организмов. Но очевидно, что любой вид выполняет на Земле определенные регулирующие и стабилизирующие функции. Исчезновение вида понижает порог устойчивости окружающей среды, поскольку именно с ней связано сохранение биологического многообразия. Единственный залог этой устойчивости – сохранение на Земле центров стабилизации.

Наиболее яркие примеры уничтожения биоты – истребление лесов, преобразование естественных растительных покровов в сельскохозяйственные и другие угодья. Масштабы уничтожения лесов колоссальны: за 10 тыс. лет ликвидировано почти 50% лесов на Земле. Вырубка лесов идет с темпами 50 га в минуту. Наибольшая опасность для человека – возможное уничтожение через 40 лет лесов в Амазонии.

² Биота – любая пространственная совокупность всех живых организмов безотносительно к категории сообществ (биота суши, биота океана)

Химизация Земли и загрязнение атмосферы. При любом уничто­жении растительных организмов в атмосферу выбрасывается угле­кислый газ, земли, находящиеся в сельскохозяйственном обороте, насыщаются химическими веществами (пестицидами, удобрения­ми). Сейчас в массовых масштабах производится около 5 тыс. син­тезируемых веществ, причем около 80% их не оценены человеком с точки зрения токсичности, воздействия на окружающую среду.

Человек выбрасывает в окружающую среду большое количе­ство отходов: пластмассы, тяжелые металлы, которые или по мас­се превышают естественный оборот (свинец, железо), или вообще отсутствуют в биосфере, поэтому природа не перерабатывает их или перерабатывает с трудом. Самые массовые отходы связаны с производством энергии и транспортом. Сжигание топлива, движе­ние автомобилей приводят к выбросам оксида углерода СО, оксидов азота NO_X, ди­оксида серы SO₂, углеводородов.

Загрязнение атмосферы носит многообразный характер. К основным видам загрязнений следует отнести: техногенные загряз­нения вредными веществами; глобальные антропогенные выбро­сы углекислого газа; кислотные дожди; нарушение озонового слоя; радиоактивные загрязнения. Основными загрязнителями воздуха являются твердые частицы (пыль, сажа), окись углерода (СО), окислы азота (N0 и NO₂), углеводороды (С_nН_m), свинец и другие металлы.

Загрязнение атмосферы вредными веществами (ВВ) вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические заболевания, свинцовые отравления; возможен летальный исход. Объем выбросов ВВ в атмосферу чрезвычайно велик, в частности ежегодно выбрасывается пример­но 150 млн. т твердых веществ, 400 млн. т окиси углерода, 100 млн. т окислов азота.

Основной загрязнитель атмосферы - транспорт, особенно ав­томобильный. На долю автомобилей приходится 25% сжигаемого топлива, один автомобиль за время своего существования выбра­сывает до 10 т СО₂ (всего в мире 700 млн. автомобилей).

Наибольшая загрязненность в индустриальных регионах: около 90% выбросов ВВ приходится на 10% территории суши (Северная Америка, Европа, Восточная Азия), особенно на крупные города, где по многим ВВ превышены предельно допустимые концентра­ции. Примерно 20% человечества дышит воздухом, в котором кон­центрация ВВ превышает ПДК (ПДК - допустимое количество ВВ в воздухе, не влияющее на здоровье человека).

Особенно вредным по массе и распространенности вредных эффектов является диоксид серы, образуемый при окислении се­ры, содержащейся в топливе. Растворение в атмосферной влаге приводит к кислотным дождям, которые воздействует на леса, почвы, здоровье человека. Особенно распространены кислотные дожди в районах Южной Канады, Северной Европы, на Урале, прежде всего в районе Норильска.

Особенностью переноса ВВ в атмосфере является наличие трансграничного загрязнения - загрязнения среды, охватываю­щего территорию нескольких государств или целые континенты и формирующегося за счет трансграничного переноса загрязните­лей. В настоящее время эта проблема особо актуальна для России, подвергающейся непрерывным трансграничным загрязнением с западных границ. Эта проблема также актуальна и для Канады.

Глобальные изменения климата. С начала XX в. наблюдается рост концентрации в атмосфере парниковых газов, в первую очередь уг­лекислого газа, в результате чего приземная температура повысилась на 1°С. Тенденция потепления сохраняется, и по прогнозам через 100 лет, когда концентрация СО₂ на Земле должна удвоиться, потеп­ление составит еще 3°С. Уже в начале XXI в. ученые прогнозируют повсеместные цунами, тайфуны, наводнения. А в XXII в. потепле­ние составит 5-10°С и станет необратимым, возможно, вызвав по­следний великий потоп. Таким образом, те изменения климата, которые малозаметны в XX в., могут стать гибельными для чело­вечества в XXII в.

Разрушение озонового слоя Земли. Озоновый слой, максимум концентрации которого находится на высоте 10-25 км в тропо­сфере, предохраняет жизнь на Земле от смертельных ультрафио­летовых излучений. Разрушают его оксиды азота, особенно хлор-фторуглероды, которые в природных системах практически от­сутствуют. Изменение толщины озонового слоя всего на 1% увеличивает интенсивность ультрафиолетового излучения на 2%, а риск заболеваний раком кожи - на 3-6%. Ультрафиолетовое излучение особо воздействует на фитопланктон, расположенный в поверхностном слое Мирового океана, а также на культурные растения. Масштабы уничтожения озонового слоя таковы, что над некоторыми регионами, например Австралией, Антарктидой и др., образовались озоновые дыры; тенденция к уменьшению слоя озона фиксируется для всех географических районов Земли.