Экология

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Тверской государственный технический университет

С.А. Бережной/ В.В. Романов/ Ю.И. Седов

Экология

Учебное пособие Второе издание, переработанное и дополненное

Тверь 1998

УДК 502:5774 (075.8)

Бережной С.А., Романов В.В., Седов Ю.И. Экология: Учебное пособие.- 2-е изд., перераб. и доп..- Тверь: ТГТУ, 1998.- 204 с.

Содержит предмет, цели и задачи изучаемой дисциплины, ее основные термины и определения, важнейшие научные концепции экологии, характеристику биосферы и человека в ней, современные экологические проблемы в биосфере, основы ее охраны. Приведены методы защиты атмосферы, гидросферы от загрязнений и охраны почв, земель, флоры, фауны и недр. Даны источники загрязнений, их влияние на природу, нормирование и контроль загрязнений. Изложены экологические и экономические основы природопользования, основы экологического права и управления охраной природы в РФ. Учебное пособие соответствует Примерной программе дисциплины "Экология", утвержденной в 1995 г. Госкомвузом РФ для направлений "Технические науки".

Предназначено для студентов всех направлений и специальностей, кроме направления "Природообустройство" (специальности 1711 и 3207), ТГТУ при изучении дисциплины "Экология".

Подготовлено на кафедре "Безопасность жизнедеятельности и экология" (БДЭ) Тверского государственного технического университета. Обсуждено и рекомендовано к печати на заседании кафедры БВЭ ТГТУ (протокол №8 от 12 мая 1997 г.).

Табл. 13. Ил.18. Библиогр.: 12 назв.

Рецензенты: кафедра экологии Тверского государственного университета;

главный специалист отдела науки и научно-технической политики аппарата губернатора Тверской области доц., к.т.н. А.М. Кудряшов. ЭКОЛОГИЯ Учебное пособие

Редактор Т.С.Синицына Технический редактор Г.В.Комарова

Подписано к печати27.01.9Й

Формат 60х84 1/16 Бумага писчая Физ.печ.л. 12,75 Усл.печ.л. 11,62 Уч.-изд.л. 11,09 Тира» 450 экз. Заказ №7 С - 532

'Издательство и типография Тверского государственного технического университета. 170026, Тверь, наб. А. Никитина,22

ПРЕДИСЛОВИЕ

С момента выхода в свет первого издания (1993 г.) учебного пособия "Экология" [11 прошло 5 лет. За это время изменились многие концепции и подходы в экологии, расширилась база экономики природопользования и создана новая правовая база (вступили в действие новые Гражданский и Уголовный кодексы РФ, законы РФ и т.д.). Госкомвузом РФ утверждена 13.04.95 г. и введена в действие Примерная программа дисциплины "Экология" для профессиональных направлений 550000 "Технические науки" (кроме 553500 "Защита окружающей среды"). Все это предопределило необходимость переработки и дополнения учебного пособия [I], изданного в 1993 г. в Тверском политехническом институте (ныне Тверской государственный технический университет). Изменены его структура, содержание и несколько объем, а также включены принятые сокращения в учебном пособии (приложение 1) и контрольные вопросы по дисциплине "Экология" (приложение 2).

При написании данного учебного пособия использованы материалы Государственного доклада "О состоянии окружающей природной среды РФ в 1995 году", сокращенный вариант которого опубликован в газете "Зеленый мир" Н 24...29 в 1996 г.. и опыт преподавания авторами дисциплины "Экология" на различных факультетах Тверского государственного технического университета (ТГТ9), Во втором издании широко использовались новые теоретические концепции, активно пропагандируемые в последнее десятилетие и представленные в работах Н.Ф. Реймерса, И.Р. Приговина и других. Учитывался и опыт издания учебников по экологии. особенно в части экологии человека, а также повышение объема знаний, полученных студентами при изучении введенных в последние 5 лет дисциплин экологического профиля ("Основы экологии", "Природопользование" и т.д.) в средней школе. Все это позволило существенно сократить вопросы общей экологии и более подробно изложить темы инженерной экологии.

Пособие предназначено для студентов всех направлений и специальностей, кроме направления "Природообустройство" (специальности 1711 и 3207). ТГТУ при изучении дисциплины "Экология". Может быть полезным для широкого круга технических специалистов фирм, АО, предприятий, организаций и учреждений.

ВВЕДЕНИЕ

Все возрастающая хозяйственная деятельность людей вызывает мощные воздействия на природу. В результате учащаются негативные последствия на земле: кислотные дожди, засухи, эрозия почв, опустынивание некогда плодородных районов, интенсивные загрязнения вредными веществами атмосферного воздуха, вод, почв и т.д., а также постепенное разрушение озонового слоя Земли и развитие "парникового" эффекта в атмосфере. Это способствует росту заболеваемости людей и животных, снижению урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства, гибели лесов и растений, повышению износа машин и оборудования, зданий и сооружений, памятников культуры и т.д. В итоге возрастает чувство тревоги у людей за будущее нашей планеты. Если хозяйственная деятельность человеческого общества не изменится в ближайшие годы, то ученые предсказывают наступление через 15-20 лет необратимых изменений на Земле, которые поставят под угрозу само существование человеческой цивилизации. Решением этой важнейшей проблемы занимается экология, которая изучает экологические закономерности в природе и вырабатывает оптимальные пути и методы взаимодействия человеческого общества с природой.

В учебные планы современного высшего технического образования РФ введена дисциплина "Экология". Она призвана дать будущим бакалаврам, инженерам и магистрам (техническим специалистам) необходимые экологические знания и развивать у них экологическое мышление, а также повысить уровень их экологической культуры и этики.

При современном решении экологических проблем технические специалисты рассматривают одновременно как экологические, так и инженерные задачи. При этом первые задачи, как правило, решаются с помощью вторых. Вполне понятно, что это возможно, если они обладают необходимой экологической подготовкой. На это же нацеливает Закон РФ об охране окружающей среды от 19.12.91, введенный в действие с 03.03.92. В частности, статья 75 требует, чтобы руководящие работники и специалисты имели необходимую экологическую подготовку, которая учитывается при назначении на должность, аттестации и переаттестации работников. Лица, не имеющие такой подготовки, не допускаются к выполнению работы, требующей соответствующих экологических знаний.

Предмет, цель и задачи дисциплины "Экология"

Дисциплина "Экология" - это естественнонаучная дисциплина, изучающая взаимоотношения живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой и освещающая принципы и методы защиты биосферы от негативных антропогенных воздействий. Она формирует у студентов экологическое мировоззрение и способность оценки своей будущей профессиональной деятельности с точки зрения охраны биосферы. В итоге у студентов должна выработаться способность научного мировоззрения: представление о человеке как части природы, о единстве и самоценности всего живого и невозможности выживания человечества без сохранения биосферы. Все это обеспечит студентам грамотное восприятие явлений, связанных с жизнью человека в окружающей природной среде (ОПС), в том числе и с его профессиональной деятельностью.

Дисциплина "Экология" является базовой (подстилающей) дисциплиной многих общепрофессиональных и специальных дисциплин учебного плана студента, в том числе и дисциплины "Безопасность жизнедеятельности" (БЖД). Она базируется на достижениях биологии, химии, геохимии, физики, математики, гигиены, экономики и ряда технических наук. Предметом ее изучения являются естественнонаучные, материально-технические, правовые и организационные методы и средства воздействия общества на состояние ОПС с целью ее сохранения.

Цель дисциплины - это повышение экологической грамотности будущих технических специалистов, вооружение их теоретическими знаниями и практическими навыками, необходимыми для обеспечения экологически безопасных инженерных решений на объектах экономики и в отдельных их производствах при строгом соблюдении этических и правовых норм. Эта цель реализуется следующими задачами преподавания дисциплины: 1) Изучение важнейших научных концепций экологии и методов и средств защиты компонентов биосферы; 2) приобретение навыков оценки, учета и прогнозирования экологических последствий технических решений; 3) выработка умения правильно применять зкобиозащитную технику и технологию, разрабатывать и обеспечивать необходимый комплекс мероприятий по предотвращению отрицательного воздействия различных объектов экономики на ОПС и в целом биосферу.

Научное содержание дисциплины "Экология" - это учение о биосфере и взаимоотношениях живых организмов и образуемых ими сообществ со средой их обитания, общества и природы. В дисциплине рассматриваются как важнейшие научные концепции экологии, учение о биосфере и взаимодействие человека с ОПС, так и современные экологические проблемы глобального и регионального характера в биосфере и ее охраны, комплекс вопросов по защите и/или охране атмосферы, водной среды, почв, земель, флоры, фауны и недр от загрязнений, основы экономики природопользования и экологического права.

Таким образом, дисциплина "Экология" освещает современные пути обеспечения экологической безопасности (ЭБ) человека, растительного и животного мира при взаимодействии общества с природой. При этом определяются принципы, приемлемые методы и средства обеспечения ЭБ на всех стадиях деятельности человека. Стадиями являются научный замысел, НИР, ОКР, проект, реализация проекта, испытания, транспортирование, эксплуатация, модернизация и реконструкция, консервация, ликвидация и захоронение. Выбор этих принципов, методов и средств обеспечения ЗБ зависит от конкретных условий хозяйственной деятельности человека и опасности загрязняющих веществ (3В), выбрасываемых в атмосферу, сбрасываемых в водные объекты или размещаемых на местности, а также стоимости их реализации. Все это будет изучаться студентами на лекционных и лабораторных занятиях, а также в период внеаудиторной самостоятельной работы и при выполнении расчетно-графической работы (РГР). Последняя направлена на выработку у студентов практических навыков по расчету, оценке, прогнозировании и принятии экологически грамотных технических решений по заданиям, чаще всего встречающихся в практической деятельности выпускника вуза по соответствующему направлении профессиональной деятельности и/или соответствующей специальности. Конкретный перечень заданий РГР определяет лектор, руководствуясь утвержденной рабочей программой дисциплины "Экология"; объем этих заданий регламентируется учебным пособием [21]. Лабораторные работы выполняются студентами в строгом соответствии с лабораторным практикумом по экологии Ш.

При завершении обучения по дисциплине "Экология" студент должен:

во-первых, иметь представление о биосфере и ее эволюции, целостности и гомеостазе живых систем и взаимодействии организма и сообщества организмов со средой экосистем; об экологических принципах охраны природы и рационального природопользования, перспективах создания неразрушающих природу технологий;

во-вторых, знать и уметь использовать основные понятия, законы экологии, методы теоретических и экспериментальных исследований в экологии; уметь оценивать численные порядки величин, характерных для экологии, при разработке и осуществлении

методов защиты ОПС и охраны здоровья человека на различных объектах экономики и их производствах; способы защиты биосферы в последующих дисциплинах учебного плана базового высшего технического образования РФ при обеспечении минимального ущерба ОПС и здоровья человека; основы экономики природопользования и экологического права. В результате он сможет конкретно решать вопросы ЭБ человека, растительного и животного мира, рационального использования природных ресурсов (ПР) и сохранения ОПС.

Основные термины и определения в дисциплине "Экология"

Впервые термин и общее определение экологии дал немецкий биолог З.Геккель (1866 г.) как раздел биологической науки о взаимоотношениях между организмами и средой. Согласно современной терминологии экология - это наука, изучающая взаимоотношения живых организмов и их сообществ между собой и окружающей средой. В экологии выделяют крупные подразделения: общая экология (биоэкология), геоэкология, прикладная экология, экология человека и социальная экология. Для технических специалистов особую роль играет прикладная экология с различными направлениями и методами исследований (промышленная или инженерная, строительная, химическая, сельскохозяйственная и др.)

Природа - это сложный естественный организм, характеризующийся многообразием составляющих его компонентов (атмосферы, гидросферы и литосферы), которые постоянно изменяются. Человек является частью природы.

Природная среда (ПС) - это сложнейшая система, в которой составляющие ее элементы находятся в определенном равновесии между собой.

Окружающая среда (ОС) - это часть пространства Вселенной, в которой обитает человек и функционируют созданные им системы (захватывающая, перерабатывающая, усваивающая, транспортная и выводящая). Из определения видно, что ОС не имеет постоянных во времени и пространстве границ; ее пределы зависят от достижений НТП и обусловлены сферой деятельности человека.

Окружающая природная среда (ОПС) - это вся земная природа, окружающая человека, где естественные факторы функционируют в органическом единстве с продуктами человеческого труда.

Охрана природы (ОП - по ГОСТ 17.0.0.01-76*) - это система мер. направленных на поддержание взаимодействия между деятельностью человека и ОПС, обеспечивающих сохранение и воспроизводство ПР, предупреждающих прямое и косвенное влияние результатов деятельности общества на природу и здоровье человека. В хозяйственной деятельности общества чаще употребляют термин "охрана окружающей среды" (ООС) - это комплекс международных, государственных, региональных и локальных административно-хозяйственных, технологических, юридических и общественных мероприятий, направленных на обеспечение благоприятных условий среды обитания и сохранение здоровья человека.

Загрязнители (загрязняющие вещества - ЗВ, поллютанты, токсичные, опасные или вредные вещества) - это неутилизированные материальные и энергетические отходы производства, а также естественные компоненты, нехарактерные для данной среды, оказывающие нежелательное действие на человека и ценные для него ресурсы живой (биотической) и неживой (абиотической) природы. К основным ЗВ обычно относят: взвешенные частицы, диоксид серы, оксид углерода, диоксид углерода, углеводороды и др.

Отходы - это продукты обмена веществ и энергии между обществом и природой, получение которых не явилось конечной целью; в зависимости от источника образования различают отходы производства и отходы потребления.

Загрязнение ОПС_- это изменение ее качественного состояния, происходящее в результате поступления в нее загрязнителей.

Смог (по ГОСТ 17.2.1.04-77*)- это газообразные и твердые примеси в сочетании с туманом или аэрозольной дымкой, образующиеся в результате их преобразования и вызывающие интенсивное загрязнение атмосферы.

Кислотный дождь (по ГОСТ I7. 2.1.03-84) - это дождь, водородный показатель которого РН<5,6 (в зимнее время - кислотный снег); вызывает ацидификацию (подкисление или закисление) почвы и водоемов, что приводит к повреждению живых организмов (гибель рыбы, снижение прироста лесов и т.д.).

Сточные воды (СВ) - это воды, отводимые после использования в производственной и бытовой деятельности человека. К ним относят также дождевые стоки с застроенных (селитебных) территорий.

Экосистема - это единый комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные элементы связаны между собой обменом веществ и энергии. Термин предложен английским экологом Й. Тенсли (1935 г.). В зависимости от масштабов выделяют микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд, озеро и др.), макро-экосистемы (континент, океан) и глобальную экосистему (биосфера - наружная оболочка планеты Земля, где существует жизнь и которая видоизменена или сформулирована жизнью).

Ландшафт - это природный территориальный комплекс, состоящий из взаимодействующих природных (рельеф, климат, воды, почвы, растительность, животный мир) или природных и антропогенных элементов, которые образуют однородную по условиям, развития единую систему. Различают агрокультурный (сельскохозяйственный), антропогенный (техногенный), природный, геохимический, элементарный и другие ландшафты.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - это экологический норматив, максимальная концентрация 3В в элементах ландшафта, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени не вызывает негативных воздействий на организм человека или другого рецептора (определенный вид животных, растений).

Кадастр - это систематизированный свод данных, включающий качественную и количественную опись объектов и явлений, а в ряде случаев и их социально-экономическую оценку. Различают земельный, водный, биологический, лесной, медико-биологический и другие кадастры.

Экологическая ниша (экониша) - это область многомерного пространства (гиперпространства) переменных, в совокупности отображающих ресурсы и условия среды, соответствующая устойчивому существованию вида или популяции.

Вид (биологический) - это совокупность особей с общими морфофизиологическими признаками, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства; популяция - это совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенную территории или акватории.

Экологический кризис - это стационарное, относительно постепенное обратимое или необратимое ухудшение состояния ОС, вызванное деятельностью человека (например, ареал Аральского моря) или естественными факторами; экологическая катастрофа -это аномальные изменения (длительного или кратковременного характера) состояния ПС, ведущие к гибели людей и других живых организмов и большому материальному ущербу (например, Чернобыльская зона). При кризисе человек выступает, как правило, активной действующей стороной, а при катастрофе - вынужденно пассивной, страдающей стороной.

Защита ОПС - это природоохранная деятельность, направленная на снижение или полное исключение поступления в биосферу загрязнителей антропогенного (вызванного деятельностью человека) происхождения.

Средства защиты ОПС - это аппараты и устройства, предназначенные для снижения или полного исключения поступления в биосферу загрязнителей.

Качество ОПС - это состояние естественных и преобразованных человеком экосистем, сохраняющее их способность к постоянному обмену веществ и энергией, к воспроизводству жизни.

Управление качеством ОПС - это система государственных мероприятий по обеспечению качества ОПС на основе правильного сочетания и согласованного удовлетворения экономических и экологических интересов.

Другие термины и определения дисциплины "Экология" приведены в соответствующих разделах данного пособия. Более полно их можно найти в словарях [4, 51].

1. ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ПОЛОЖЕНИЯ ЭКОЛОГИИ

Экология вначале развивалась как общая биологическая наука о взаимодействии растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и ОС. В настоящее время она все больше превращается в междисциплинарную область знаний об устройстве и взаимодействии многоуровневых систем в природе и обществе, в которой возрастающее значение приобретают техногенные воздействия на экосистемы и биосферу в целом. Технические аспекты защиты ОС оформляются в самостоятельную дисциплину - инженерную экологию или охрану ОС. Для представителей технических специальностей положения и концепции экологии являются естественно-научным фундаментом рациональной организации хозяйственной деятельности и природопользования и непосредственной основой разработки стратегии, конкретных мероприятий и средств защиты ОПС. Поэтому их изложение проводится ниже с выраженной ориентировкой на практическое значение для специалистов технического профиля.

1.1 Исходные теоретические концепции экологии

Наибольшее значение для экологии имела биологическая наука и особенно эволюционная теория Ч.Дарвина. Положения о наследственности и изменчивости, естественном и искусственном отборах и борьбе за существование как движущей силе эволюции позволили по-новому взглянуть на многообразие и единство форм жизни и лучше понять приспособительное значение различных направлений и видов эволюции: 1) ароморфоз, заключающийся в появлении таких морфофизиологических изменений, которые ведут к общему подъему организации биологических объектов, выходу их на новые уровни эволюции, и 2) идиоадаптация, обеспечивающая частные приспособления на этом новом уровне или рубеже. Примером ароморфоза может служить выход водных животных на сушу (превращение рыб в земноводные), а примером идиоадаптации -создание различных видов, семейств и отрядов амфибий. Эволюция закрепила 2 вида отбора: К-отбор, при котором выживание обеспечивается за счет усложнения организма и совершенствования его функций, и R-отбор, при котором те же задачи решаются резким увеличением потомства (некоторые рыбы мечут до нескольких миллионов икринок за один нерест).

Окончательное оформление экологии в самостоятельную дисциплину совпало с развитием кибернетики и системного подхода. Биологические и особенно экологические объекты для кибернетиков стали наиболее совершенными образцами реализации принципа обратной связи. Правда, исключительная сложность таких объектов, намного превышающая сложность любого технического устройства, обусловила и некоторые особенности реализации обратной связи в них. Обычная схема в биологических и экологических системах представлена первичной и вторичной субсистемами, последняя из которых включена в цепь обратной связи. В экологических объектах присутствуют положительные и отрицательные связи, в которых низкоэнергетические воздействия могут резко усиливать высокоэнергетические реакции и процессы. Именно эти связи экологи называют "живыми нитями" природы.

Существенной особенностью функционирования обратных связей в экологических и биологических объектах является возможность управления не только по отклонению (изменению) контролируемого параметра, но и по "возмущению", т.е. по воздействиям, ведущим к отклонениям. Тем самым обеспечивается подготовка к реакции на отклонение, создается упреждающая реакция на воздействие. Устойчивость живых организмов и экосистем к внешним воздействиям обеспечивается также дублированием компонентов системы, их избыточностью. Различается 2 вида устойчивости -упругая и резистивная. Первая обеспечивает возвращение в исходное состояние после отклонения, второе - повышение сопротивления возмущающим воздействиям.

Системный подход, повсеместно применяющийся в наше время, базируется на понятии системы, как множества закономерно связанных друг с другом элементов, составлявших собой единство, определенное целостное образование. Важнейшим свойством система является эмерджентность, т.е. появление новых, не сводящихся к сумме старых, качеств. Любой уровень анализа в экологии (начиная от единичной простейшей особи до биосферы в целом) требует системного подхода, ибо самая простая форма жизни уже представляет собой сложнейшую систему, превосходящую по сложности самые грандиозные технические устройства. В качестве примеров эмерджентности можно назвать эффект группы и массовый эффект. Образование устойчивой группы животных одного вида резко увеличивает их выживание, главным образом за счет более эффективного использования энергии. Установлено, что при прочих равных условиях энерготраты в группе в 2 раза ниже, чем при одиночном образе жизни. Потребность ушастых ежей в кислороде, например, в группе снижается более чем в 2 раза. Труд общественного насекомого в группе значительно эффективнее, чем при выполнении той же работы в одиночку. В сообществах животных, образующих колонии, больше шансов на выживание потомства, надежная защита от врагов. Эффект группы может проявляться даже в изменении окраски насекомых: зеленый цвет проживающей в одиночку саранчи меняется на черный при включении ее в стаи перелетных насекомых. Кстати, в группе саранчуки растут значительно быстрее, чем в одиночку.

При чрезмерной плотности организмов одного вида выживание уменьшается. Это явление в отличие от группового эффекта названо массовым. В основе массового эффекта лежат жесткие механизмы поддержания определенной численности и плотности распределения, ее своеобразного гомеостаза - в данном случае сохранения оптимального числа особей. Если для 500 га тундры оптимальным числом является 100 оленей, то помещение на этом пространстве 200 голов через несколько лет приводит к сокращению поголовья вдвое (эксперимент 1928 г.). Механизмы уменьшения численности ведут к гибели особей того же вида: изреживанию посевов при слишком большом числе семян и каннибализму (поеданию особей своего же вида) при большой плотности особей и недостатке пищи.

Из новейших глобальных теоретических обобщений для экологии наибольшее значение имеет концепция диссипативных структур И.В. Пригожина. которым доказана возможность самоорганизации и усложнения макроскопических структур в неравновесных состояниях. Появление таких структур и их развитие на уровне химических реакций и физических процессов, поддерживаемых автокатализом, диффузией и т.д., противоречит положении об обязательном необратимом рассеивании энергии. Все биологические и экологические объекты и системы находятся далеко от состояния равновесия и сохраняют, поддерживают это неравновесие системами гомеостаза. Именно у живых организмов и экосистем в наибольшей степени выражены самоорганизация и восходящее усложнение структуры и функций. Концепция диссипативных структур исключает случайность возникновения жизни на планете и дает новое более глубокое объяснение ее зарождению и эволюции.

1.2 Взаимоотношения организма и среды

К условиям существования или условиям среды относятся необходимые организму факторы, без которых его существование невозможно. Наиболее общая классификация экологических факторов среды делит их на биотические, абиотические и антропогенные. К первым из них относятся фитогенные, зоогенные и микрогенные воздействия на организмы, ко вторым - климатические условия (свет, температура, влажность, уровень барометрического давления и т.д.), эдафогенные, т.е. связанные с почвой факторы (состав почв, их влагоемкость, проницаемость для Од, плотность и т.д.), орографические условия, т.е. высота над уровнем моря, рельеф, угол наклона местности, и химические факторы, т.е. химический состав воздуха, солей воды и почвенных растворов и т.д. Существенное значение имеет и стабильность условий жизни. Различают первичные изменения (например, суточные и сезонные изменения освещенности и температур) и вызываемые ими вторичные изменения (например, различная активность живых организмов днем и ночью, зимой и летом), антропогенные факторы создаются самим человеком (например, условия жизни в городах).

Воздействие любого вида фактора может быть прямым (например, прямое воздействие температуры на течение физиологических процессов) и косвенным или опосредованным (прямое угнетающее воздействие ультрафиолетового облучения на развитие растений является косвенным воздействием на животных, питающихся этими растениями). Результат воздействия любого фактора зависит прежде всего от его интенсивности (рис. 1.1).

Интенсивность

Рис. 1.1. Зависимость результата действия экологического фактора от его интенсивности

Наиболее узкий диапазон значений факторов характерен для размножения организмов (можно проиллюстрировать на сезонности размножения ряда животных), а более широкий - для их роста и выживания. Характер зависимостей, представленный на рис. 1.1, будет сходным для самых различных видов живых существ, но конкретные значения факторов могут существенно различаться. Например, для некоторых антарктических рыб диапазон переносимых температур составляет всего 4°С (от -2 до +2°С); рыбы водоемов пустыни выдерживают температуру от +10 до +40°С.

Важное значение имеют лимитирующие факторы среды, т.е. факторы, значения которых приближаются к пределу способности организма переносить их влияние (или обеспечивать свое нормальное развитие и размножение). Так, лимитирующим веществом будет не то вещество, которого больше всего требуется для роста и развития организма, а те вещества, доступные количества которых наиболее близки к необходимому минимуму (закон минимума Либиха). При определении таких минимумов следует учитывать баланс вещества и энергии и взаимодействие факторов среды (например, кальций может замещаться стронцием, увеличение падающей солнечной энергии повышает потребность в цинке и т.д.). Лимитирующим фактором могут быть его избыточные значения (например, высокая рН, избыточная влажность), а также и целый ряд биотических факторов (например, перенаселенность территории каким-либо видом или, наоборот, недостаточная численность животных данного вида для создания его устойчивой популяции). Неоптимальность условий по одним факторам может сузить диапазон значений других.

Условия существования являются не просто необходимыми для жизни, они зачастую становятся ее регуляторами. Так, солнечный свет не только обеспечивает живые организмы энергией, но и регулирует процессы жизнедеятельности, включая важнейший биологический ритм - суточный ритм физиологических функций.

К основным лимитирующим факторам относятся свет, температура (жизнь возможна в диапазоне температур от -200 до +100°С), вода, кислород (лимитирующим факторам  становится в водной среде), такие биогенные элементы как азот и фосфор (их соотношение в биосфере составляет 16:1), рН среды, микроэлементы (магний, кобальт, железо, марганец, цинк, бор, хлор, ванадий и молибден). Для фотосинтеза необходимы марганец, железо, хлор, цинк и ванадий, а для азотистого обмена - марганец, бор, кобальт и хлор.

Сложнее всего решается вопрос с определением биотических лимитирующих факторов. Масштабы их взаимовлияния трудно прогнозировать. О сложности проблемы говорит следующий факт. Если взять только 2 популяции различных видов, то между ними может возникнуть 9 только основных форм взаимодействия: 1) нейтрализм, в котором взаимовлияние отсутствует; 2) конкуренция с взаимоподавлением популяцией; 3) конкуренция из-за ресурсов;

4) аменсализм (неблагоприятный для одной популяции и безразличный для другой); 5) коменсализм (благоприятный для одной популяции и безразличный для другой); 5) мутуализм, благоприятный для обоих популяций; 7) паразитизм; 8) хищничество; 9) протокооперация, т.е. образование совместных гнездований у птиц или колоний у грызунов,

Наиболее распространенный тип взаимоотношений между животными - хищничество, т.е. поедание особей одного вида особями других, как это представлено Н.й. Заболоцким:

... Над садом

Шел ворох тысячи смертей.

Природа, обратившаяся адом,

Свои дела вершила без затей.

Жук ел траву, жука клевала птица,

Хорек пил мозг из птичьей головы,

И страхом перекошенные лица

Ночных существ смотрели из травы.

Природы вековечная давильня

Соединяла смерть и бытие.

Отношения "хищник - жертва" характеризуется наличием положительной и отрицательной обратных связей между ними

В результате создаются периодические изменения численности популяций хищника и жертвы с соответствующим запаздыванием ее максимумов и минимумов в каждой из них.

У каждого вида существует свой набор лимитирующих факторов, требуемые условия для организма определяют его экологическую нишу. Различается фундаментальная ниша, т.е. наибольший (максимально возможный) заселенный видом объем n-мерного пространства, и реализованная нища, т.е. тот же объем, но с учетом биотических ограничений (конкуренции видов из-за ресурсов, хищничества и т.д.).

В процессе эволюции у организмов создаются совершенные формы приспособления к условиям среды. Выработки таких наследуемых форм приспособления называется адаптацией. Она может быть морфологической, т.е. приспособление идет за счет изменения строения и формы организма (например, у водных животных) и физиологической, при которой меняются функции организма (например, у верблюдов потребность в воде обеспечивается ее получением из жира за счет особой системы биохимических реакций).

Третий вид адаптации представлен поведенческими реакциями, например, зимней и летней спячкой животных, соответственно, в холодном и жарком климате, сезонными миграциями птиц и т.д.

1.3 Экология популяций и сообществ

Целью изучения экологии популяций и сообществ является получение знаний об их важнейших характеристиках и свойствах, типах развития и других особенностях, необходимых для решения конкретных хозяйственных и экономических задач. Под сообществом или биоценозом понимается организованная группа популяций, растений, животных и микроорганизмов, живущих совместно в одних и тех же условиях среды. Биоценозы являются одним из двух основных частей экосистемы.

Каждая популяция характеризуется своей пространственной

структурой, распределением по возрасту и полу и поведенческими особенностями.

Пространственное (территориальное) единство входит в наиболее существенные признаки популяций. Оно по-разному проявляется у растений и животных, да и в последней группе может существенно различаться в зависимости от образа жизни. Для растительных сообществ характерна четкая связь с условиями обитания (прежде всего с климатическими и даже микроклиматическими факторами) и ярусное распределение совместно проживающих популяций. Животные могут вести оседлый образ жизни и могут мигрировать на значительные расстояния. Следует различать миграции, за счет которых поддерживается единство вида, и миграции, при которых практически вся популяция меняет место обитания. В первом случае место обитания покидает только часть популяций, иногда незначительная (например, у зайцев около 1% всех особей), а иногда существенная (например, у синиц до 66%). При другом варианте возможны ежедневные миграции с последующим возвращением на основное место обитания (например, у некоторых видов птиц), миграции, совершаемые один раз в жизни, но с последующим возвращением (как у лосося и угря) и миграции без возвращения (у некоторых видов бабочек). Первые из них сравниваются с билетом на серию поездок в оба конца, вторые - на поездку туда и обратно, третьи - на поездку в один конец. Кроме того, бывают ежегодные (например, у перелетных птиц) и сезонные (например, у северных оленей) виды миграций. Для ряда популяций характерен кочевой образ жизни с периодической сменой места обитания (например, у сайгаков, бизонов, зебр и других степных животных).

При оседлом образе жизни особи могут равномерно распределяться по всему ареалу (области своего естественного распространения) - диффузные популяции; при неравномерности пригодных для жизни участков характерно мозаичное распределение; для популяций с резкими колебаниями численности - пульсирующее. Нередко выделяют ленточное распределение, например, у водных и околоводных речных популяций.

Возрастная структура или возрастной спектр популяции зависит от генетической конституции организмов, их физиологических особенностей, условий обитания и т.д.

У однолетних растений и ряда животных с еще более коротким жизненным циклом на протяжении этого цикла в каждый последующий отрезок времени популяции будут составлять особи примерно одного возраста (так называемые инвазионные популяции).

Для нормальных популяций характерно наличие разных возрастов, для регрессивных - преимущественно старых, не способных к воспроизведении. У насекомых обычно наблюдаются последовательные генерации ряда поколений в течение одного года. Типичные возрастные структуры долгоживущих популяций представлены на рис. 1.2. Именно такие возрастные структуры характерны для человека и некоторых видов других животных (например, слонов).

Рис. 1.2. Возрастные структуры популяций

Этологическая структура (от слова этология - наука о поведении животных) прежде всего зависит от образа и условий жизни. При одиночном образе жизни в основе поведения особи - борьба за существование. С другими представителями популяции контакты возможны лишь в период размножения или, например, в местах совместной зимовки. При семейном образе жизни складываются родительские пары: иногда только на время воспитания потомства (например, у воробьев и уток), а иногда на всю жизнь (у лебедей, голубей и журавлей). Для ряда животных характерны групповые поселения - колонии с определенным взаимодействием между их членами (у птиц, сусликов, барсуков и т.д.). Известны временные объединения рыб и птиц (стаи), продолжительные и постоянные объединения некоторых животных - стада с их выраженными отношениями доминирования и подчинения (вожак стаи, самки, молодняк и т.д.).

Наибольшей сложности этологическая структура достигает у общественных насекомых (пчел, муравьев, термитов, ос), когда наблюдается четкое распределение обязанностей и согласованная совместная деятельность (например, при построении термитника или муравейника).

Рассмотренные характеристики структуры популяций вместе с условиями обитания определяют такие групповые особенности, как численность популяций, плотность их распределения, рождаемость, смертность, темпы роста и др. У популяций разных видов свой специфический характер изменений выживаемости в зависимости от возраста и свои темпы эволюции. От рождаемости зависит биотический потенциал сообществ, т.е., то максимальное потомство, которое может дать одна особь (одна пара) в год или за свой жизненный цикл. Для одних видов характерна высокая смертность в начальный период жизни (главным образом, при R-отборе), а для других - в пожилом возрасте (при K-отборе). Изменение условий жизни может привести к другому характеру выживаемости и другому уровни биотического потенциала. Всего 100 лет назад средняя продолжительность жизни человека была примерно в 2 раза меньше (главным образом вследствие высокой смертности в детском возрасте и от инфекционных болезней), чем сейчас, а кривая выживаемости имела резкий спад в первые годы жизни.

Существенный интерес представляет плотность распределения популяции, оказывающая значительное влияние на жизнедеятельность и выживаемость. Уровень жизнедеятельности и выживаемости резко снижаются при минимальных и чрезмерно высоких значениях плотности, а сам характер зависимости этих показателей от плотности сходен с графиком рис. 1.1. Снижение выживаемости и жизнедеятельности при высокой плотности объясняется массовым эффектом, а при низкой - резким уменьшением контактов между особями.

Рассмотренные выше особенности лежат в основе эволюции популяций. Ее формализованное описание выражено логистической (S-образной) функцией, учитывающей несущую способность окружающей среды (К), исходную численность популяций (N), рождаемость (r) и смертность (m):

 (1.1)

При любом начальном значении N число особей популяций через какое-то время выходит на устойчивый уровень - уровень насыщения. Разумеется, и устойчивость численности популяций на уровне насыщения, и сам процесс выхода на него не являются гладкими. Непостоянство климатических условий, болезни, конкуренция могут менять N в несколько раз. Сообщества приспосабливаются к перечисленным факторам: создают запасы пищи, меняют уровень активности и т.д.

Логистическая функция не подходит для формализованного представления динамики популяций с низкой плотностью, в которых каждая особь играет собственную роль и более полно реализует свои способности.

Однако, в целом логистическая функция и ее графическое представление с полным основанием могут быть рекомендованы для прогнозирования динамики популяций и объяснения ряда специфических эффектов, вызываемых изменением К, m и r. Исследование этой функции показало, что при постоянстве несущей способности среды и значениях 0<r<2 наблюдается монотонное приближение N к равновесию; в случае 2<r<2,44 развитие идет с двухлетними колебаниями численности, при 2,44<r<2,57 выраженность колебаний возрастает, их период увеличивается в несколько раз, а численность меняется в сотни раз. При r > 2,57 развитие становится хаотическим.

С учетом имеющихся данных о реальных вариантах динамики популяций, результатов ее математического моделирования, а также с учетом конкуренции различных видов из-за ресурсов и воздействий сверхсистем (в наше время такой сверхсистемой для сообществ живых организмов является экономическая деятельность человека) можно выделить 4 основных типа эволюции популяций (рис. 1.3).

Первый тип динамики (рис. 1.3 а) относится к популяциям, полностью заполняющим свою эконишу, второй тип (рис. 1.3 б) -к популяциям, чья численность ограничена конкуренцией, эпизоотиями и т.д., т.е. к популяциям, заполняющим реализованную эконишу. На рис. 1.3 в представлена периодическая популяция,численность которой в каждом периоде изменяется в сотни раз (лемминги, саранча и другие виды грызунов и насекомых). В экологии колебания численности периодических популяций называют осиалляциями, а изменения под влиянием абиотических факторов (засух, наводнений и т.д.)- флуктуациями.

Катастрофическая динамика популяций (рис. 1.3 г) может быть вызвана вмешательством человека или вследствие биоценотических нарушений, обусловленных экономической деятельностью. Например, в Сахеле (Африка) неоправданно высокое содержание скота привело к гибели растительности и превращению цветущего региона в пустыню. Этот процесс сопровождался гибелью растительных и животных популяций. Вторым примером может служить Арал, где вызванные человеком изменения биотопа (резкое снижение поступающей в море воды) привели к гибели богатых прибрежных популяций и превращению плодородной земли в пустыню.

Рис. 1.3. Основные типы эволюции популяций

Вторая основная группа сообществ, называемая биоценозами, которая представляет собой одну из 2 частей экосистем, рассматривается ниже.

1.4 Экологические системы

 

.4.1 Общая характеристика

Экосистема является основным понятием экологии. Она может быть представлена самыми различными по масштабу образованиями - от обычной лужи до аквариума, до биосферы в целом. Близким к данному понятию является предложенный акад. В.М. Сукачевым термин биогеоценоза (однородного участка земной поверхности с определенным составом живых и косных элементов и динамическим взаимодействием между ними). Понятие биогеоценоза является синонимом наземных экосистем,

В каждой экосистеме выделяют 2 блока - ее косная и биокосная часть - экотоп и живая часть - биоценоз (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Общая схема экосистемы и круговорота вещества и энергии в ней (по Н.Ф. Реймерсу)

Общий перечень элементов экосистемы включает:

1. Неорганические вещества (,, , и т.д.), содержащиеся в виде газов, жидкости и ингредиентов субстрата.

2. Органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумус и т.д.), содержащиеся в живых организмах и отчасти в субстрате.

3. Субстрат - среда или основа, в которой постоянно обитают и развиваются организмы (верхний слой литосферы, гидросферы и ее донные отложения, отчасти атмосфера).

4. Автотрофы или продуценты, т.е. организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся создателями органических веществ из неорганических.

5. Гетеротрофы или консументы, т.е. потребители органического вещества.

6. Редуценты, чаще всего являющиеся микроконсументами, разлагающими мертвое органическое вещество и превращаюшие его в неорганическое, которое способны усваивать продуценты.

Три последних компонента экосистемы обычно разделены в пространстве (продуценты - в верхнем ярусе леса и луга, редуценты - в почве) и во времени. Некоторые органические вещества могут находиться только в живых организмах, другие - только вне организмов (например, гумус, составлявший основу плодородия почвы), третьи находятся и в живом, и в косном веществе, но активно функционируют только в составе живого вещества (например, хлорофилл).

Чисто биологические компоненты экосистемы (продуценты, консументы, редуценты) различавтся по типу питания и месту в круговороте веществ и энергии. Продуценты, к которым прежде всего относятся зеленые растения, обеспечивают в процессе фотосинтеза за счет энергии солнечного света образование нового органического вещества - углеводов. Всего в процессе фотосинтеза в биосфере за год создается около 100 млрд.т углеводов, •усваивается около 200 млрд.т СО2 и выделяется 175 млрд.т свободного О2. В природе существует и бактериальный фотосинтез, в котором окислителем выступает сероводород и органические соединения. Такой вид фотосинтеза важен для круговорота серы: в стоячих пресных водах он дает до 25Х всей вновь образуемой биомассы. Там, где отсутствует свет (например, на дне океана), органическое вещество создается за счет хемосинтеза.

Вновь создаваемое органическое вещество вместе с содержащейся в нем энергией является источником питания для консументов. Различается несколько видов консументов-травоядных (или первичных) и плотоядных (или вторичных). Вторичные консументы могут быть нескольких порядков (ежик - лиса - волк - медведь).

Последним биологическим компонентом экосистемы являются редуценты, которые в основном представлены микроорганизмами. Редуценты разлагают органическое вещество в присутствии О2(аэробное разложение) или в его отсутствии (анаэробное разложение) до неорганических веществ, которые в состоянии усваивать другие организмы - продуценты. Существенная роль в разрушении органического вещества принадлежит и мелким консументам. Разложение органических веществ может обеспечиваться и другими путями. Например, для некоторых экосистем существенное значение в этом процессе имеют лесные, степные или торфяные повара.

Рассмотрим два очень распространенных примера экосистем -наземную лугопастбищную и озерную. В каждой из этих систем источником энергии является Солнце, среда в первой системе представлена атмосферным воздухом и почвой, во второй системе - водой и донными осадками. Продуцентами в первой системе будут относительно крупные растения, во второй - очень мелкие, часто микроскопические формы (фитопланктон). Функции консументов первого порядка на лугах выполняют растительноядные животные (насекомые и млекопитаищиеся лугопастбищного сообщества), в озерах - зоопланктон в толще воды; консументами второго порядка на лугу являются птицы и другие сухопутные животные, а в озере - рыбы. Различный видовой состав будут иметь и редуценты луга и озера (разлагавшие бактерии и грибы). Таким образом, структура и функционирование обоих экосистем сходны, но их среда и видовой состав биоценозов (т.е. совокупность живых существ, входящих в каждую экосистему) различны. При этом виды растений, микроорганизмов и животных каждой из рассмотренных экосистем, взятых в конкретных границах того или иного луга или озера, представляют собой популяции соответствующих трав, насекомых, птиц, грызунов, рыб и т.д.

Скорость разложения мертвых организмов зависит от вида органического вещества. Ткани животных могут разлагаться сравнительно быстро, а древесина - более медленно. Наиболее устойчивым продуктом разложения является гумус, накапливающийся в почвах столетиями. Процесс разложения ускоряется человеком за счет сжигания органических веществ, ускорения распада гумуса при интенсивном или нерациональном сельскохозяйственном производстве, сведении и сжигании лесов. Часть вновь образованного органического вещества может храниться в экосистеме в форме запасов веществ.

Параллельно круговороту веществ в экосистеме идет круговорот энергии с неизбежными ее потерями на каждом этапе. Эти потери в схеме (рис. 1.4) обозначены как сток тепла. Сток тепла обозначает неизбежное рассеивание энергии для поддержания экосистемы на более высоком уровне упорядоченности, т.е. на более низком уровне энтропии. Такая возможность поддержания высоких степеней упорядоченности на первый взгляд противоречит второму закону термодинамики (закону энтропии). Однако для неравновесных сред эта возможность была теоретически доказана лауреатом Нобелевской премии Ильёй Пригожиным (см. подраздел 1.1).

В экосистеме создаются определенные запасы вещества и энергии, часть из которых может экспортироваться из системы. В наше время в биосфере в целом распадается количество вещества, примерно равное вновь образуемому. Однако около 300 млн. лет тому назад распад органического вещества был меньше; определенная его часть оставалась в биосфере, образуя запасы горючих ископаемых. В последующие эпохи наблюдались колебания в создании и распаде органики, что привело к изменению содержания СО2 в атмосфере планеты и соответственно к глобальным изменениям климата, одним из проявлений которых были оледенения.

 

1.4.2 Превращения энергии в экосистемах

Основным источником энергии для экосистем является энергия Солнца. Именно она создает тепло на поверхности планета, кинетическую энергию потоков воздуха и потенциальную энергию гидросферы. Потребность человека в энергии около 40 ккал/кг в день. Потребность живых организмов в энергии с уменьшением их размеров резко возрастает (для птиц она 1000 ккал/кг в день, а для насекомых - 5000 ккал/кг в день). Солнечный свет дает 2 кал*см2 *мин-1 , но до земной поверхности в полдень доходит не более 1,34 кал*см2*мин-1. При этом 40% солнечной энергии отражается в космос, 60% переходит в тепло, расходуется на испарение, осадки, ветер, волны и фотосинтез. Из 100% солнечной энергии, падающей на зеленый лист, усваивается и запасается в органическом веществе всего 2%.

Для оценки эффективности поглощения солнечной энергии используется понятие продуктивности. Различаются: 1) первичная продуктивность, т.е. общая скорость фотосинтеза; 2) чистая первичная продуктивность или чистая ассимиляция - скорость фотосинтеза за вычетом потерь энергии на дыхание; 3) чистая продуктивность сообществ - чистая ассимиляция за вычетом потерь на дыхание и у гетеротрофов и 4) вторичная продуктивность или энергия, накопленная у консументов. В чистую первичную продукцию у растений попадает только 0,1% падающей на них солнечной энергии. При этом 25% всей ассимилированной энергии растениями идет на дыхание, зерно (экспорт из системы) - 32%, остается в поле (стебли, корни) - 33%, на микробы и болезни расходуется 10%.

Доля первичной продукции, переходящей в чистую, в умеренном поясе составляет 60...70%, на экваторе - 40% (при высоких температурах большие расходы на дыхание). Человек в основном увеличивает доли чистой продукции (повышает отношение пищи к волокну). Чистая первичная продукция у деревьев почти на 80% сосредоточена в кронах, а у трав - 2/3 в корнях. Продуктивность агросистем и пустынь может различаться на 2 порядка (т.е. в 100 раз).

Наибольшая продуктивность в агросистемах получена в передовых странах (урожай зерновых по 50...60 ц с га) и значительно ниже она в отсталых странах (11...15 ц с га). На суше создается 3300 млн.т биомассы (78% - растения и 22% - животные), а в океане - 73 млн.т (0,9% - растения и 99,1% - животные).

Превращения энергии в экосистемах идут по пищевым (трофическим) цепям. У продуцентов она идет на рост биомассы, создание запасов и дыхание. Начало пищевых цепей - растение, его живая ткань (прямое поедание), семена (зерноядные), проводящая ткань (активное извлечение микоризой), мертвая ткань (диспергированная органика), эксудаты (растворенная органика) и, наконец, цветки (нектар). Общая схема превращения энергии растениями включает поедание их растительноядными для живой ткани и потребителями диспергированной органики - детрита для мертвой ткани. Потребители детрита и растительноядные становятся пищей хищников. Каждый переход энергии уменьшает ее примерно на один порядок.

При анализе пищевых цепей необходимо учитывать возможность концентрации токсических соединений при движении по цепи. Так, содержание радиоактивного фосфора в яйцах гусей в 1 млн. раз выше, чем в воде; при содержании ДДТ в воде 0,00005 части на миллион частей воды его концентрация при переходе от простейших к рыбам и птицам увеличивается в 0,5 млн. раз.

По мере превращения энергии в пищевых цепях происходит повышение ее качества: количество ассимилированной энергии растения при переходе ее к хищникам уменьшается в тысячи раз, а качестве повышается тоже в тысячи раз (в цепи растение-уголь -электроэнергия количество и качество меняются в 8 раз).

Экологическая или пищевая пирамида - это трофическая по численности, биомассе и энергии живых организмов в экосистеме. Иначе, это диаграмма, в которой количество особей, биомасса или энергия изображены в виде горизонтальных прямоугольников, поставленных друг на друга. Основанием служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни (консументы) образуют этажи и вершину пирамиды.

Экологическая пирамида по численности мало информативна, так как численность особей в популяциях может варьировать в 1017 раз; более информативны пирамиды по биомассе (их варьирование не выше 105 ) и энергии (всего в 5 раз). Примерами пищевой пирамиды могут быть биомассы кедровых орехов, питающихся орехами белок и питавшихся белками горностаев. Соотношение биомассы в экосистеме люцерна - телята - мальчик (при условии, что мальчик в течение года питается только телятами) составляет 8211 кг люцерны, 1035 кг телят и 48 кг мальчика; по энергии цифры соответственно составляют 1,49*107 кал; 1,19*106 кал и 8,3*103 кал. Различие в результатах по биомассе и энергии отчасти объясняется изменениями обмена в зависимости от размеров (обмен растет пропорционально массе в степени 2/3).

Увеличение размеров экосистем повышает обычно величину ее отдачи, но в то же время снижает долю чистой продукции из-за роста стоимости самоподдержания системы. Уравновешивание скорости поступления и расхода энергии приводит к прекращению роста биомассы, объем которой в этот момент характеризует максимальную поддерживающую емкость среды. Оптимальная емкость, при которой скорость образования биомассы будет наибольшей, ниже максимальной емкости примерно в 2 раза. Так, в естественном опыте максимальное число оленей в загоне 500 га через несколько лет составило 200 голов, а оптимальным установившемся уровнем оказалось 100 голов.

 

1.4.3 Классификация экосистем

Энергетическая классификация экосистем различает 4 типа: 1) природные несубсидированные экосистемы, получающие энергию только от Солнца (открытые океаны, глубокие озера, высокогорные леса); 2) природные экосистемы, субсидируемые Солнцем и другими естественными источниками (дождевые леса, приливные зоны и т.д.); 3) природные зоны, субсидируемые человеком и Солнцем (агрозкосистемы, аква-культура); 4) зоны, получавшие энергию от других экосистем в виде питания и топлива (города или урбанизированные территории).

Наибольший интерес из субсидируемых экосистем представляют урбанизированные территории и агроэкосистемы. Экологические особенности урбанизированных территорий рассматриваются ниже в подразделе 3.2.

Интенсивные агроэкосистемы в настоящее время занимает около 60% всей пашни планеты. Для них характерно применение дополнительного потока энергии (кроме солнечной), резкое уменьшение разнообразия живых организмов и доминирование искусственного отбора. В доиндустриальных агроэкосистемах требовалось меньше затрат, но они были менее эффективны при большей продуктивности на количество вложенного человеческого труда. В индустриальных агроэкосистемах затраты человеческого труда на единицу продукции меньше (в США 4% населения в сельской местности кормит остальные 96%), но общие затраты резко возрастают, что приводит к выделению больших государственных субсидий на горючее. Обеспечение населения сбалансированными продуктами питания уже сейчас привело к пятикратному, по сравнению с людьми, увеличении расходов на сельскохозяйственных животных. От интенсификации агроэкосистем выигрывают прежде всего богатые страны. Применение же самых современных и высокопродуктивных сортов растений и пород животных без соответствующего обеспечения энергией и необходимыми питательными веществами оборачивается в бедных странах убытками.

Помимо энергетической классификации экосистемы классифицируются и по Фауне, т.е. по виду продуцентов: на суше - пустыни, луга (прерии, степи, саванны, пампасы и тундра), леса (сухие и влажные тропические леса, хвойные и лиственные леса умеренного климата). В водных экосистемах выделяются речные и озерные, экосистемы затопляемых устьев рек или эстуариев, экосистемы прибрежных вод и океанических глубин.

 

1.4.4 Эволюция и устойчивость экосистем

Экосистемы являются динамическими образованиями с выраженными суточными, сезонными и многолетними ритмами. Первый из них обусловлен циркадианной (околосуточной) периодикой физиологических процессов в живых организмах, адаптировавшихся к смене дня и ночи соответствующими изменениями образа жизни и активности. Сезонный ритм вызван изменениями погоды в зависимости от времен года, а многолетние ритмы - периодическими изменениями климата (длительными засухами, периодами повышенной влажности и т.д.).

Наиболее динамической частью экосистемы является биоценоз. Он может полностью изменить свой видовой состав, т.е. может произойти полная замена одного биоценоза на другой. Такую смену биоценозов называют сукцессией. Так, после вырубки может полностью измениться видовой состав леса, соответственно будут меняться консументы и редуценты. Сукцессии называют первичными, если биоценоз создается на местах, лишенных растительности (например, на вновь образуемых островах). Если биоценоз создается после вырубки, пожара, рекультивации, то сукцессия называется вторичной. Необходимое условие сукцессии - это появление незанятых участков, на которые мигрируют живые организмы из других биотонов. Они приживаются, конкурируют с другими видами и преобразуют среду обитания. Результатом такой динамики становится формирование устойчивой стадии биоценоза или его климакса, в которой сложившиеся экосистемы могут существовать сотни и тысячи лет.

С увеличением масштабов хозяйственной деятельности человека все чаще наблюдаются сукцессии антропогенных систем (агрокомплексов). На протяжении тысячелетий функционируют такие комплексы на берегах Нила, в Юго-Восточной Азии и т.д. Человек и в лесных системах после поваров или вырубки лесов стремится создать на освободившихся участках посадки из более ценных для хозяйства видов деревьев, что соответственно требует больших затрат и трудоемких процессов лесовосстановления.

Для устойчивого развития экосистемы (или для поддержания состояния климакса) необходима сбалансированность потоков вещества и энергии, процессов ассимиляции и диссимиляции в живых организмах и определенное постоянство условий среды. Любая экосистема обеспечивает состояние подвижно-стабильного равновесия (гомеостаза) за счет многочисленных обратных связей, видового разнообразия биоценоза и других механизмов (например, массового эффекта при чрезмерной плотности живых организмов). Естественные экосистемы в этом отношении более приспособлены, чем антропогенные. Усиленная ассимиляция вещества и энергии ведет к появлению запасов биогенного вещества, откладывающегося в виде залежей каменного угля, нефти и газа. В наше время ежегодно в природе накапливается более 200 млн.т торфа. Меньшая приспособленность антропогенных экосистем к меняющимся условиям среды объясняется, прежде всего, применением монокультур, которые легко поражаются вредителями и массовыми заболеваниями.

2. БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК

2.1 Структура и эволюция биосферы

2.1.1 Состав и границы биосферы

Создателем учения о биосфере стал Владимир Иванович Вернадский (1863-1945), один из последних великих ученых-энциклопедистов. Он предсказал овладение человеком ядерной энергией, освоение космоса и создал учение о биосфере (1926 г.). В своей последней монографии, опубликованной в 1965 г., им была выдвинута концепция ноосферы.

Основная мысль В.И. Вернадского заключалась в том, что жизнь является важнейшей движущей силой эволюции Земли. Он отмечал, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Образование биосферы явилось продуктом длительных превращений вещества и энергии в ходе геологического развития Земли. В.И. Вернадский различал 4 основных компонента биосферы. Первым из них является живое вещество, т.е. совокупность живых организмов. Они обеспечивают непрерывный круговорот неорганической материи, определяя, в конечном счете, состав и характеристики газообразной, жидкой и твердой поверхностной оболочки Земли (соответственно, атмосферы, гидросферы и литосферы). Особенно наглядна роль живого вещества в преобразовании атмосферы. В табл. 2.1 приведены составы и температуры атмосферы Земли и ближайших планет, свидетельствующие об определяюшей роли жизни в эволюции земной атмосферы.

Таблица 2.1. Состав и температура атмосферы Земли и близких по массе планет Солнечной системы

Показатели	Наименование планет
	Марс	Венера	Земля без жизни	Земля с жизнью
Содержание СО2, %	95	98	98	0,032
Содержание N2, %	2,7	1,9	1,9	79
Содержание O2, %	0,13	следы	следы	21
Температура у поверхности планеты, °С	- 53	+ 470	+ 290	+ 13

Второй компонент биосферы назван В.И. Вернадским биогенным веществом. Оно представлено горючими ископаемыми и осадочными породами, образование которых связано с жизнедеятельностью живых организмов (известняк, мел и т.д.). Третьим компонентом является косное вещество, т.е. магматические, не биогеннные осадочные и метаморфические породы. Четвертый компонент - биокосное вещество - сочетает в себе свойства живого и косного вещества. Он представлен почвой, уникальным природным образованием, обладающим плодородием и являвшимся основным средством сельскохозяйственного производства (детально см. подраздел 5.3). К перечисленным 4 компонентам в последнее время добавляются радиоактивные вещества (РВ), рассеянные атомы и вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль). Биосфера является особой живой оболочкой нашей планеты. Ее протяженность по вертикали представлена на рис. 2.1. Нижним пределом биосферы можно считать изотерму 100°С (критическая температура для развития бактерий), проходящую на глубине земной коры от 1500 до 15000 м. Живые организмы обнаруживались на глубине земной коры до 1700 м, на дне океана до 11000 м и в рассолах с концентрацией 250 г/л. Верхняя граница проникновения животных лежит на высоте 7000 м. Есть сведения, что живые организма проникают до высоты озонового слоя (7...8 км на полюсах и 20...25 км на экваторе). Приведенные цифры не является окончательными и могут быть уточнены при новых исследованиях.

Рис. 2.1. Схема строения биосферы

Хотя одновременно функционирующая масса живого вещества составляет всего 1/6*10-6 массы Земли, тем не менее за время существования жизни все наружные породы земного шара ими переработаны на 90% и более.

В последних своих работах В.И. Вернадский выдвинул концепцию ноосферы или сферы разума. Он отмечал: "Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним... ставится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера" (Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. - М.: Наука. 1995). Несомненно, глубочайшие политические изменения в мировом сообществе в последние годы существенно приближают время реализации этой концепции В.И. Вернадского.

 

2.1.2 Циркуляция элементов в биосфере

Выше была рассмотрена циркуляция энергии и вещества в экосистемах. Биосфера представляет собой уникальную планетарную экосистему со сложившимися биогеохимическими циклами циркуляции наиболее важных для жизни элементов. Масштабы хозяйственной деятельности человека стали настолько велики, что при определенных условиях они способны нарушить эту отлаженную за сотни миллионов лет систему регуляции природной среды (достаточно вспомнить разрушение озонового экрана и повышение содержания в атмосфере СО2). Для профилактики таких чрезвычайно опасных для жизни в целом нарушений необходимо знать основные биогеохимические циклы биосферы.

Одной из особенностей биосферы является наличие мощных буферных систем (в атмосферном воздухе, гидросфере и литосфере), способных нейтрализовать даже существенные нарушения в установившемся круговороте веществ и энергии. Надежность функционирования этих систем обеспечивается, в частности, тем, что на каждый квадратный метр Земли приходится 1260 м3 воздуха и 8300 м3 воды океанов (морей) и 2,4 м2 раздела между воздухом и водой.

Биогеохимические циклы биосферы обеспечивают живые организмы 30...40 химическими элементами, необходимыми для них. Рассмотрим важнейшие круговороты биосферы - воды, углерода, кислорода, азота, фосфора и серы.

Вода - важнейшее для живых организмов неорганическое вещество Ее запасы в биосфере 1,386 млрд.км3, из них 35 млн.км пресных вод. Основная масса воды - 96,5% находится в океане, 1,73% - в ледниках, 1,7% - в подземных водах. Остальная вода содержится во льдах вечной мерзлоты (0,02%), атмосфере (0,001%) , в озерах, болотах и реках (0,023%). Различают большой и малый круговороты воды. Малый круговорот начинается испарением воды из океана, затем следует конденсация водяных паров в атмосфере и возвращение в виде осадков в океан. Большой круговорот включает выпадение осадков на сушу. Часть из них испаряется с поверхности почвы, часть поступает в растения и в результате транспирации (испарения листьями растений) переходит в виде водяных паров в атмосферный воздух. Оставшиеся осадки через реки и подземные воды попадают в океан, завершая большой круговорот воды.

Углерод содержится в виде CO2 в атмосфере (23,5*1011 т). В процессе фотосинтеза он ассимилируется растениями и по пищевым цепям потребляется консументами разных порядков. При дыхании живых организмов выделяется CО2 , поступающий в атмосферу. Часть углерода накапливается в виде мертвой органики, переходя в горючие ископаемые. Сжигая ископаемое топливо, человек интенсивно высвобождает СО2, создавая свой биолого-технический круговорот углерода. Основная масса углерода содержится в карбонатных отложениях на дне океана и кристаллических породах земной коры (всего 2,3*106 т), в каменном угле и нефти (3.4*1015 т).

В биогеохимический круговорот включен и углерод тканей растений и животных (соответственно 5*1011 и 5*109 т),

Свободный кислород в биосфере является в основном продуктом фотосинтеза (ежегодное выделение O2 растениями составляет 2,8*1011 млн.т). Поступлений О2 в атмосферу за счет фитопланктона и водных растений почти в 5 раз меньше (0,6*1011 млн.т в год). Относительно небольшое количество O2 выделяется при разложении органики в океане и на суше. Расходование свободного 02 обеспечивается процессами дыхания, сжиганием горючих материалов и окислением органики. Полное окисление органического вещества на планете привело бы к снижению концентрации О2 до 1% и повышению концентрации СО2 до 10%. На круговорот О2 существенно влияет хозяйственная деятельность человека (10% всего количества связываемого О2 обеспечивается сжиганием топлива).

Громадный резервный фонд азота содержится в атмосфере (до 80% ее массы), атмосферный азот переводится в доступную для растений форму путем атмосферной фиксации при грозовой деятельности и фиксации биоценозами суши и океана. Существенную часть фиксации азота обеспечивают промышленные установки. Ассимилируемые живыми организмами соединения азота в реакциях с использованием энергии солнечного света или органического вещества последовательно преобразуются из нитритов в нитраты, аммиак и аминокислоты, являющихся одними из важнейших компонентов протоплазмы живых клеток.

Процесс разрушения живого вещества от протоплазмы к более простым соединениям и молекулярному азоту идет с участием денитрофицирующих бактерий. Схема круговорота азота представлена на рис. 2.2.

Рис 2.2

Важную роль в круговороте азота в наше время играет выбросы промышленности и транспорта, антропогенные выбросы составляют около 53 млн.т NO2 в год или примерно 65% всех поступлений NO2 атмосферу.

В круговороте фосфора резервный фонд находится в горных породах и отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В процессах эрозии фосфор в форме фосфатов поступает в океан и отлагается в осадках. В мелководных отложениях на континентальном шельфе и на донных отложениях озер фосфатредуцирующие бактерии превращают фосфаты в растворимые формы, которые усваиваются живыми организмами. Фосфаты глубоководных осадков выбывают из круговорота фосфора. С мертвыми организмами, экскрециями животных соединения фосфора попадают в почву, разлагаются до растворимых фосфатов и вновь ассимилируются живыми организмами. Часть соединений фосфора из океана вместе с рыбой также возвращается в почву. В прошлые геологические эпохи такой возврат был более интенсивным за счет переноса фосфора птицами (об этом, в частности, свидетельствуют колоссальные отложения гуано, т.е. разложившегося помета морских птиц, в Южной Америке). Человечество компенсирует уменьшение содержания фосфора в почве внесением большого количества фосфорных удобрений.

В круговороте серы основной резервный фонд находится в почве и донных отложениях океанов и озер, а меньший - в атмосфере. Ключевую роль в круговороте серы играют специализированные микроорганизмы, обеспечивающие окисление и восстановление серы. В глубоководных отложениях в результате их деятельности образуется сероводород. Вместе с геохимическими и метеорологическими процессами микроорганизмы обеспечивают круговорот серы в воздухе, почве и воде. Все возрастающую роль в указанных процессах играют загрязнения атмосферы выбросами оксида серы промышленных предприятий и транспорта. Их масса составляет около 100 млн.т в год или около 15,5% всех поступлений данного вещества в атмосферу.

В завершение анализа биогеохимических циклов биосферы следует подчеркнуть их основные особенности:

1. Все круговороты сложились как идеально отлаженная последовательность процессов ассимиляции и диссимиляции веществ, обеспечивающих динамическую стабильность среды обитания живых организмов и прежде всего составов газов атмосферы, солей океана и биогенных элементов почвы.

2. Все круговороты имеют мощные буферные и обменные фонды, легко компенсирующие даже существенные изменения биогенной миграции элементов вследствие многолетних колебаний климата и расширения экономической деятельности человека.

3. Для каждого газового и водного круговоротов характерно свое время оборота биогенных элементов и веществ через живые организмы (для N2 - 100 лет, СО2 - 200...300 лет, О2 - 2000...2500 лет, Н2О - 2 млн. лет).

4. В наше время изменения, вносимые экономической деятельностью человека в биосферные круговороты, стали вполне сравнимы с масштабами соответствующих природных процессов (например, поступление CO2 в атмосферу за счет сжигания топлива человеком увеличилась более чем в 2 раза; 65% поступлений NO2 в атмосферу составляют антропогенные выбросы; промышленная фиксация N2 составляет 2/3 от биологической).

 

2.1.3 Эволюция биосферы

Появившиеся 3 млрд. лет тому назад живые организмы преобразовали планету, резко изменив ее воздушную и водную оболочки, поверхность и почвы. В поступательной эволюции планеты можно выделить 3 ключевых момента или этапа. Первый из них связан с переходом живых организмов к более совершенному - аэробному типу дыхания, который стал возможен при повышении содержания О2 в атмосфере до 1%. После этого последовало планетарное взрывообразное накопление О2 - от 1 до 20% за 20000 лет. При достижении содержания О2 в атмосфере до 10% и выше началось образование озона, что обеспечило развитие жизни на мелководье и последующий ее выход на сушу.

Вторым этапом стало бурное развитие жизни на суше при относительно стабильном 21% содержании О2 в атмосферном воздухе. Наблюдавшиеся на данном этапе периодические потепления и оледенения приводили к колебаниям содержания О2, нарушениям баланса процессов ассимиляции и биссимиляции органического вещества и накопления его запасов в недрах планеты.

Третий этап связан с появлением человека. После своего появления около 3 млн. лет тому назад человек вначале не оказывал существенного влияния на биосферу. Его экологическая ниша была ограничена всего несколькими регионами планеты, он был включен в естественные трофические цепи и пирамиды. Но переход человека от охоты и собирательства к производящему хозяйству и массовым охотам 10-35 тыс. лет тому назад привел к первым антропогенным экологическим кризисам.

2.2 Человек в биосфере

Человек справедливо считается венцом эволюции органического мира. Необычайная сложность такого явления как человек стала причиной многообразия подходов к изучении человека, как объекта сознания. Н.Ф. Реймерс выделяет биологический, психологический, социально-экономический и естественно природный аспекты анализа. При первом из них изучаются строение и функции человека, при втором - его этолого-поведенческие особенности, при третьем - общественные и экономические связи, при четвертом трудовые характеристики и этнические особенности. Наиболее четкой является граница между биологическими и социальными подходами. Если рассматривается индивид, репродуктивная группа, адаптивный тип и т.д., то это будет биологический аспект анализа и в том числе экология человека. Но если рассматриваются личность, семья, социальные группы и классы, то это уже социальные науки и в том числе социальная экология.

Оба указанных термина предложены в 1921 году, в нашей стране они стали использоваться с 1974 г. Ниже рассматриваются только биологические и отчасти психологические аспекты экологии человека, как биологического природного объекта, как неотъемлемой части биосферы. О единстве человека и всего органического мира свидетельствует общность элементарных единиц, кирпичиков живого вещества (аминокислот, липидов и т.д.), единые принципы передачи наследственных признаков, общие типы биологических процессов и т.д. Происхождение человека из более низких форм жизни подтверждается тем фактором, что в процессе эмбрионального развития зародыш человека последовательно проходит основные этапы эволюции животных организмов.

Как у всякого биологического вида, сообщества людей имеют определенную возрастную структуру, варианты анатомо-физиологических форм, свои особенности поведения, особенности взаимосвязей с другими видами соответствующих биоценозов. Природа может существовать и без человека, но человек является ее вершинным творением, ее наиболее совершенной частью, назначение которой и место в биосфере можно выразить словами Н.й. Заболоцкого:

И сам я был, не детище природы.

Но мысль ее! Но зыбкий ум ее !

Помимо этой специфической роли человека в природе следует указать и на другие характеристики, определившие его особое место в биосфере. Во-первых, человек является практически единственным видом, проживающим во всех основных частях биосферы, т.е. во всех климатических зонах и во всех регионах планеты, в том числе в Антарктиде. Человек осваивает околоземное пространство, изучается возможность его жизни на континентальном шельфе.

Во-вторых, промышленная революция, начавшаяся в XVIII веке, и научно-техническая революция XX века привели к резкому усилению антропогенных воздействий на биосферу. Наглядное представление о возрастающей роли человека дает схема экологических кризисов и революций по Н.Ф. Реймерсу (рис. 2.3). Почти 3 млн. лет потребовалось человеку до первого антропогенного кризиса - перепромысла мамонтов, заставившего его перейти к производящему хозяйству, т.е. разведении сельскохозяйственных животных и примитивному земледелию (на поливных землях). Для прихода второго экологического кризиса потребовалось уже не миллионы, а 10...25 тыс. лет. Развитие новых экологических кризисов в современную эпоху идет еще быстрее.

Через 200...270 лет после кризиса продуцентов наступил кризис редуцентов. В наши дни мы уже говорим о тепловом кризисе и энергетической революции, а многие экологи заявляют о начинающемся глобальном кризисе надежности экосистем, что ведет к революции экологического планирования.

Рис. 2.3. Экологические кризисы и революции по Н.Ф. Реймерсу (масштаб условный)

В-третьих, следует учитывать этолого-психологические особенности человека. Главной из них будет альтруизм, т.е. бескорыстная забота о благе других людей. По В.М. Эфроимсону именно альтруизм и сформировал человека как генетическую общность. Негативный взгляд некоторых ученых (например, Н.М. Амосова) на природу человека, по-видимому, сформирован резким падением нравственности в последние десятилетия, ростом числа преступников, маньяков и т.д. Однако этот резкий всплеск разрушительных тенденций и явлений можно объяснить перенаселением планеты, своего рода массовым эффектом или реакцией на демографический взрыв. Следует учитывать также выраженную инерционность человеческой психики. Переход на новые, более соответствующие нашему времени ценности, приоритеты и ориентации займет продолжительность жизни нескольких поколений людей (т.е. не менее 60 лет). Перестройка человеческой психологии в эпоху глобальных экологических кризисов тем более сложна, что она потребует изменения нравственного императива человечества, отказа от ряда освященных мировыми религиями положений и установление новых, продиктованных глубокой экологией, заповедей поведения.

2.3 Экология человека

2.3.1 Среды жизни человека и формы его адаптации к ним

Как указывалось выше, человек является единственным биологическим видом, распространенным по всей биосфере. Есть регионы с высокой плотностью населения, есть места, где человек появляется только эпизодически и сравнительно небольшими группами (например, в Антарктиде), но нет таких мест, где бы не ощущалось действие антропогенных факторов или последствий экономической деятельности человека. Даже у пингвинов Антарктиды повышено содержание ДДТ в организме, хотя места применения пестицидов находятся на удалении десятков тысяч километров.

В зависимости от степени антропогенных преобразований различаются естественные, антропогенные и формируемые среды обитания. К естественным относятся регионы, в которых остались практически в неизмененном виде сложившиеся биоценозы и где регистрируются только общепланетарные антропогенные изменения. Антропогенная среда обитания поддерживается систематическими усилиями человека и при его уходе она разрушается (например, агросистемы. грунтовые дороги, ирригационные комплексы), антропогенными могут быть целые регионы, превращенные вековыми усилиями проживающих там людей в наиболее отвечающие потребностям человека территории (например, ландшафты Англии, районы интенсивного сельскохозяйственного производства Юго-Восточной Азии). Формируемые или искусственные среды обитания представлены прежде всего городами и урбанизированными территориями, в которых даже трава может заменяться искусственными зелеными покрытиями (США). Полностью формируемыми создаются среды обитания для космонавтов и акванавтов. Последним должен быть обеспечен особый состав воздуха для дыхания, так как при создаваемых в этих случаях уровнях барометрического давления О2 становится токсичным, a N2 - наркотиком.

По функциональному назначению выделяют производственную, бытовую, селитебную и рекреационную среды. Один из вариантов последних - естественная природа с ее климатическими и бальнеологическими факторами.

Главной особенностью условий жизни человека, взятых в целом, является громадный диапазон значений воздействующих факторов. Так, в холодном климате минимальные температуры опускаются до -86°С (в Антарктиде), максимальные поднимаются до +58°С (в Ливии). В жарком влажном климате относительная влажность воздуха может неделями составлять 100%, а в жарком сухом - 10...15%. В последнем случае дневные перепады температур достигают 30...40°С (от 30°С днем до отрицательных температур ночью). Стабильным является газовый состав основных компонентов атмосферного воздуха, зато может существенно меняться содержание СО2 (повышается над влажными тропическими лесами), H2O (в зависимости от времени года) и вредных примесей (концентрация последних повышена в городах и урбанизированных территориях). С повышением высоты места над уровнем моря меняется парциальное давление О2, уменьшаясь с 159 мм рт.ст. до 110 на высоте 3000 м и 74 мм рт.ст. на высоте 6000 м. Если высоты 2500..3000 м легко переносятся большинством людей, то высота 6000 м для нетренированного человека угрожает его жизни.

Аналогичный разброс значений характерен и для других факторов среды: солнечного излучения, скорости движения ветра, стихийных явлений природы и т.д. Однако люди, длительное время проживающие в экстремальных условиях (например, в Тибете), как правило, хорошо приспособлены к этим экстремальным условиям.

Процесс приспособления к изменившимся климатическим условиям (например, в случае переезда в регион с другим климатом) называется акклиматизацией и составляет недели и месяцы при акклиматизации к жаркому климату и от 6 месяцев до 1,5...2 лет - к холодному. Длительность акклиматизации к полярным условиям помимо холода связана также с изменениями фотопериодизма (полярная ночь и день) и значительными колебаниями геомагнитного поля.

Адаптация человека, т.е. передаваемое по наследству приспособление строения, функций и поведения к ОС, соответствует общим законам биологической адаптации. Однако у человека в этом важном и сложном процессе имеются свои особенности. Первая из них заключается в применении целого ряда небиологических средств для защиты от неблагоприятных факторов, а именно:

1) применение одежды и обуви для защиты от экстремальных температур;

2) использование инженерных средств защиты (зданий и сооружений, систем отопления, кондиционирования и вентиляции, средств коллективной и индивидуальной защиты);

3) изменение калорийности и режима питания;

4) медицинская профилактика предполагаемых нарушений: повышение иммунитета; применение актопротекторов, адаптогенов и т.д.

Второй особенностью адаптации человека является специфичность его поведенческих характеристик. У животных такие реакции могут быть представлены избеганием неблагоприятных условий (например, зимняя спячка медведей, летняя среднеазиатских черепах), пассивным подчинением (например, резкие изменения поведения холоднокровных животных при существенных колебаниях температура) и активной борьбой с воздействием таких условий за счет создания сложной системы приспособительных реакций. В отличие от животных поведенческие реакции человека осознаны:

доминирующая роль в них принадлежит мотивам высокого духовного плана, тому нравственному императиву, который по мнении В.М. Эфроимсона и создал человека, позволил ему выделиться из общего ряда животных, населяющих Землю.

Третьей особенностью человека является то, что помимо его приспособления к природным и временным факторам в реакциях адаптации большое место занимают социальные условия жизни (адаптация к стрессам, рабочим нагрузкам и т.д.). Классификация факторов, к которым адаптируется человек (по Н.й. Агаджаняну), представлена на рис. 2.4.

К социальным факторам относятся экстремальные (особенно для неадаптированного человека) условия на современном производстве и в быту (включая этологопсихологические негативные воздействия) - позиции 1 и 2 и вредные факторы урбанизированных территорий - позиции 3 и 4. Первые из них вызывают стресс и приводят к психологическому дискомфорту, сердечно-сосудистым заболеваниям и суициду; вторые - к хроническим отравлениям, злокачественным опухолям, увеличению общей заболеваемости и сокращению средней продолжительности жизни.

Рис. 2.4. Классификация факторов, требующих адаптации человека

К временным экстремальным факторам относятся несовпадение внутренних биоритмов человека (циркадианных, селенических, годичных и 11-летних гелиобиологических) с ритмами производственной деятельности и другими формами активности, что, в конечном счете, ведет к десинхронозу.

Из природных факторов требуют уточнения позиции 7 (имеется в виду изменение гравитации в космических полетах) и 8 (имеются в виду резкие суточные и сезонные перепады климатических и некоторых других физических факторов, например, солнечной активности).

 

2.3.2 Адаптивные типы и расы

При анализе человечества как большой системы выделяют следующие биологические уровни сложности: особь, репродуктивная группа, экологическая популяция, адаптивный тип, раса, вид-человек разумный. Популяция отличается единством морфофизиологических признаков и практически одинаковым уровнем приспособленности к условиям среды. Правда, для современного человека в связи с иммиграционными процессами и тесными связями между всеми сообществами (по крайней мере в масштабе нации или народности) понятие популяции людей уже не имеет такого фундаментального значения как в классической общей экологии. Процессы адаптации человека к условиям среды привели к появлению адаптивных типов и рас, в которых результаты адаптации выражены в наиболее наглядной форме.

Всего выделено 4 адаптивных типа: горные, арктические и тропические люди, а также промежуточная группа между двумя последними.

Арктический человек отличается плотным телосложением, у него большее наполнение тканей кровью и выше процент жировой ткани, что увеличивает теплоизоляцию ядра тела. За указанными особенностями строения тела лежат не менее выраженные различия в структуре тканей, генетическом аппарате клеток, протекании обмена и других физиологических процессах. У коренных жителей севера основной обмен повышен на 13...16%, что вместе с повышенным содержанием жира в крови и высокой способностью к его утилизации увеличивает теплопродукцию, значит и одну из основных адаптивных реакций к холоду. Способности к сужению сосудов ослаблены, что повышает защищенность периферических тканей тела от обморожения (чукчи и эскимосы легко переносят самые жестокие морозы).

Для тропического человека характерно удлинение формы тела, повышение относительной поверхности испарения. Увеличено число потовых желез, что позволяет поднять интенсивность потоотделения. Уровень метаболизма снижен. Характерные большие губы и нос также способствуют повышению теплоотдачи. В коже содержится много пигмента меланина, что придает ей черный цвет и спасает от опасного ультрафиолетового облучения. Вообще для тропиков характерна большая вариабельность рас, этносов и морфологии (самые большие и самые маленькие люди на планете -аборигены тропического леса). Близко к тропическому типу находятся и жители тропических пустынь, имеющие те же морфофизиологические особенности, дополненные более эффективной регуляцией теплоотдачи, что уменьшает негативное воздействие резких перепадов температуры, характерных для аридных зон.

Население умеренной зоны занимает промежуточное положение между двумя рассмотренными адаптивными типами.

Последним из 4 адаптивных типов является горный человек. Для него характерно существенное увеличение размеров грудной клетки и теплопродукции, скорости кровотока и интенсивности кроветворения. У жителей высокогорья выше легочная вентиляция и кислородная емкость гемоглобина, усилен периферический кровоток, число и величина капилляров. Все это повышает устойчивость к сниженному парциальному давлению O2 в атмосферном воздухе и низким температурам, характерным для высокогорья.

Для РФ наиболее важное значение имеют проблемы адаптации к северным условиям, так как Север занимает 60% площади РФ. Коренные малочисленные народности Севера составляют всего 3% из 8 млн. северян. Их морфофизиологические особенности являются эталоном для оценки степени адаптации приезжего населения к арктическим экстремальным условиям.

Наибольшая выраженность приспособительных форм адаптации наблюдается на следующем иерархическом уровне сообществ людей - на уровне рас, т.е. исторически сложившихся групп людей с обеими физическими особенностями: цветом кожи, глаз и волос, очертаний головы, ростом и т.д. Современное человеческое общество разделяется на 3 или 5 рас. В первом случае это будет белая евразийская, черная экваториальная и желтая азиатско-американская (монголоидная) расы; во втором случае - негроидная, европеоидная, монголоидная, американская и австралоидная большие расы. Расы сформировались около 30...40 тыс. лет тому назад. Все представители экваториальной (негроидной) и австралоидной рас относятся ко второму адаптивному типу - тропическому человеку; евразийская раса - к промежуточному; арктическая подраса монголоидов - к арктическому человеку. Каждая раса или подраса обладает теми типичными чертами, которые характерны для соответствующих адаптивных типов.

2.4 Основные направления антропогенных воздействий на биосферу

2.4.1 Современные воздействия человека на биосферу

Основное воздействие человека на биосферу связано с его экономической деятельностью. Менее значимы другие аспекты контактов человека с ОС, хотя в определенных условиях и они могут быть значительны (например, антропогенная нагрузка на ландшафты в районах массового туризма). Ниже будут рассмотрены те отрасли экономики, которые создают специфические и наиболее значительные изменения в ОС: добыча полезных ископаемых (ПИ), промышленное производство, энергетика, сельское хозяйство и транспорт.

Добыча ПИ ведется уже несколько тысячелетий. Но только в XX веке ее масштабы стали угрожать запасам ПИ, а размах геолого-разведочных и горных разработок стал одной из главных стациально-деструктивных (от латинского statio - местопребывание) нарушений ОС. За последние 25 лет человеком использовано столько же сырья, сколько его было изъято за всю предыдущую историю человечества. В результате запасы ПИ резко сокращаются, а некоторых из них (например, серебра) хватит всего на несколько десятков лет. За 100 лет добыча угля выросла в 15 раз, а нефти - в 7000 раз. По прогнозам в начале XXI века человеку потребуется в 2,5...3 раза больше сырьевых ресурсов, чем расходуется сейчас. Добыча ПИ вызывает значительные стациально-деструктивные нарушения, т.е. порчу земель выемками, отвалами и терриконами, нарушение сложившихся гидрологических режимов и т.д. Особенно велики эти нарушения при открытой добыче ПИ. Миллионы тонн косной породы при этом размещаются на плодородных землях, разработки протяженностью на десятки км уходят в глубину на сотни м. Перевозка ПИ связана с загрязнениями атмосферы, а добыча и транспортировка нефти - с загрязнением поверхностных вод. Каждая авария нефтеналивных танкеров является крупной экологической катастрофой с резкими нарушениями экосистем.

Не менее губительно для ПС промышленное производство, для которого ежегодно требуется около 100 млрд.т ПИ, 800 млн.т металла и 60 млн.т синтетических материалов. Промышленное производство постоянно расширяет перечень вредных и опасных факторов, создает высокие уровни акустических шумов и производственных излучений, является главным загрязнителем биосферы и одной из причин изъятия плодородной земли из сельскохозяйственного пользования.

Опережающими темпами развивается энергетика, потребляя сотни миллионов тонн горючих ископаемых, создавая вторую по массе группу загрязнений атмосферы. Гидроэлектростанции, широко представленные в РФ, потребовали создания громадных водохранилищ, занимавших миллионы га плодородной земли (половина всей площади рукотворных морей приходится на РФ), переселения более млн. человек и переноса на новое место больших городов (например, Тольятти). Опасность для человечества атомной энергетики наглядно продемонстрировала Чернобыльская катастрофа.

Современное сельское хозяйство является главной причиной уничтожения лесов (к настоящему времени их уничтожено 2/3), деградации почв, т.е. их истощения из-за преимущественного применения монокультур, засоления и заболачивания почв из-за нерационального полива, попадания в поверхностные воды эвтрофицирующих загрязнений, т.е. субстрата для бурного роста водной растительности и т.д.

В ряде стран основным загрязнителем атмосферы стал авто транспорт (в США он является источником 60% выбросов в атмосферу). Транспорт создает основу для образования смога и массовых отравлений населения в крупных городах Запада. Выбросы автотранспорта - одна из главных причин загрязнения биосферы свинцом, Сейчас в РФ главным загрязнителем биосферы является промышленность, на втором месте - энергетика, на доли транспорта приходится только 10...15% выбросов. Но при современных темпах роста уличного автотранспорта в РФ ужев ближайшие годы следует ожидать резкого повышения роли этой группы выбросов.

2.4.2 Общая характеристика негативных воздействий экономической деятельности человека на ПС

К основным негативным последствиям антропогенных воздействий на ПС относятся загрязнения, стациально-деструктивные нарушения и биоценотические изменения (рис. 2.5).

Под загрязнениями понимается не только появление в ПС нехарактерных для нее компонентов, а также имевшихся в ней компонентов, содержание или уровень которых превышает экологическую норму интенсивности. Например, СО2 входит в число обязательных и необходимых для жизни компонентов атмосферы, однако повышение его содержания до нескольких процентов, безопасных для жизни человека, создает парниковый эффект, ведущий к катастрофическим изменениям в биосфере.

По происхождении различают естественные и антропогенные загрязнения, по составу - материальные и энергетические, по агрегатному состоянию материальные загрязнения могут быть газообразными, жидкими и твердыми, жидкие и твердые загрязнения создают дисперсные системы в атмосфере; в воде они представлены в виде растворов, взвесей и пленок (последнее - при загрязнениях нефтью). Кроме того, загрязнения обычно классифицируются по их источнику (например, промышленные или транспортные) и объекту воздействия (загрязнения атмосферы, воды и т.д. вплоть до космоса), по температуре - горячие и холодные и т.д.

Источники выбросов в атмосферу классифицируются: а) по назначению - на технологические, содержащие хвостовые газы, и вентиляционные выбросы от местных отсосов; б) по месту расположения - не затененные, превышающие высоту здания в 2,5 раза; затененные, расположенные на высоте в 2,5 раза меньше высоты здания, и наземные; в) по особенностям рассеивания в атмосфере - высокие, на высоте выше 10 м, и низкие, на высоте менее 10 м; г) по геометрической форме - точечные (сосредоточенные) и линейные (рассредоточенные); д) по режиму работы - непрерывного действия, залповые (например, при сжигании быстро горящих отходов) и мгновенные, происходящие за доли секунды (при взрывах и авариях); е) по дальности распространения - внутриплощадочные (в пределах промплощадок и их санитарно-защитных зон) и внеплощадочные, создающие загрязнения выше ПДК на территории жилых районов. К материальным загрязнениям относят механические загрязнения, результат воздействия которых обусловлен их физическими характеристиками (например, размером, плотностью, абразивностью и т.д.), химические, биологические и радиоактивные. Механические загрязнения атмосферы, представлены инертной пылью, воды - взвешенными частицами, литосферы - косным веществом.

Рис 2.5.

Основная группа материальных загрязнений - химические; их воздействие обусловлено химической структурой вещества. Химические загрязнители чаше всего являются ядами, т.е. веществами, способными в малых дозах вызвать отравление. То, что химические загрязнители могут быть и не ядами, показано на приведенном выше примере с СО2. Действие ядов или токсических веществ зависит от их концентрации, продолжительности действия (экспозиции), агрегатного состояния и т.д. Различаются следующие токсические вещества: 1) общеядовитые, вызывающие поражение всего организма или его основных систем и функций (СО, выводящая из строя перенос кислорода от легких к тканям; цианиды, блокирующие клеточное дыхание; фосфороорганические вещества или нервно-паралитические, блокирующие передачу импульсов с нервов на исполнительные органы, и т.д.); 2) раздражающие вещества, вызывающие поражение слизистых оболочек и дыхательного тракта (хлор, аммиак, сернистый газ, оксиды азота и т.д.): 3) сенсибилизирующие вещества или аллергены, вызывающие важную группу аллергических заболеваний, главным из которых является бронхиальная астма (формальдегид, растворители, лаки, краски и т.д.); 4) канцерогены, вызывавшие развитие злокачественных опухолей (никель, соединения хрома, асбест, радон и т.д.); 5) мутагены, приводящие к мутациям, т.е. к стойким изменениям наследственных структур (например, марганец, свинец, радий);

) тератогены, приводящие к нарушениям эмбрионального развития, появлению ненаследуемых дефектов (например, таломид).

Для веществ 4 и 5 группы характерен длительный период между попаданием вещества в организм и развитием негативного эффекта; у канцерогенов этот период может составлять годы и десятки лет, а у мутагенов - несколько поколений.

В группу биологических загрязнителей входят: 1) микроорганизмы - возбудители инфекционных болезней: 2) продукты биотехнологических производств (молекулы белка, ферментов, гормонов и т.д.), вызывающие аллергические заболевания; 3) бытовые стоки и стоки предприятий пищевой промышленности, т.е. вещества, требующие для своего окисления большого количества O2 и являющиеся питательной средой для водной растительности; 4) органические соли и кислоты (главным образом пестициды), токсины, т.е. яды органического происхождения и т.д.

В группу энергетических или физических загрязнений биосферы входят акустические, электромагнитные, тепловые, световые и радиационные воздействия. Первая группа включает в себя акустический шум, инфразвук и ультразвук. Негативное их воздействие появляется только после превышения нормы экологической интенсивности; их источниками являются промышленность, транспорт, медицинское оборудование и т.д.

Электромагнитные загрязнения создаются токами промышленной и высокой частоты; источниками СВЧ-загрязнения являются радиолокационные станции.

Тепловые загрязнения характерны для поверхностных вод, их источниками являются теплоэлектростанции.

Правомерностью отнесения световых воздействий к загрязнениям свидетельствует признание судом США правомерности исков фермеров к владельцам нефтеперерабатывающих заводов при нарушении светового режима и снижении урожая в результате сжигания в факелах попутного газа.

Ионизирующие загрязнения возникают при использовании медицинских и технических приборов, применяющих источники Υ -излучений, и специальные источники для измерителей плотности, толщины и т.д.

Стациально-деструктивные нарушения создаются в результате расширения сельскохозяйственного производства, гидротехнического строительства, добычи ПИ и т.д. Разнообразные формы этих нарушений можно объединить в следующие 5 групп: 1) нарушения естественной формы поверхности земли и ее ландшафтов, производимые всеми формами геолого-разведочных и горных разработок, включая открытую добычу ПИ. Особый вид таких нарушений представляют эстетические "загрязнения", т.е. строительство зданий и сооружений, не вписывающихся в природный ландшафт или сложившуюся зону застройки; 2) нарушения гидрологического режима грунтовых и поверхностных вод, создание экологически и экономически нецелесообразных водохранилищ и гидротехнических сооружений; 3) разрушение естественных растительных сообществ, главным образом лесов, в результате расширения пашни, вырубки

деловой древесины, лесных пожаров и т.д.; 4) истощение плодородия почв, т.е. эрозии во всех ее видах и формах, 5) изъятие плодородных земель для создания урбанизированных территорий, размещения отвалов, терриконов, транспортных путей, затопление земли при гидротехническом строительстве и т.д.

К негативным биоценотическим изменениям относятся: 1} создание комплексного фактора беспокойства, под воздействием которого животные покидают свои естественные ареалы, их численность резко сокращается, а некоторые виды могут исчезнуть полностью; 2) случайная и направленная интродукция видов, нарушающая сложившееся экологическое равновесие; 3) нерегулируемые собирательство и охота, а также браконьерство, приводящие к исчезновению ряда видов животных; 4) перепромысел ценных видов наземных и морских животных и рыб.

3. АКТУАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА В БИОСФЕРЕ

Согласно рис. 2.3 для конца XX века характерно резкое ускорение вектора влияния человечества на биосферу и вхождение нашей жизни в сплошную полосу экологических кризисов и проблем. Представленные на рисунке кризисы продуцентов и энергетический могли быть дополнены демографическим взрывом, угрозой разрушения озонового экрана и т.д. Перечень экологических проблем велик, все они неразрывно связаны друг с другом, а поэтому принятое ниже изложение в известной мере искусственно выделяет некоторые из них, а именно: проблемы роста народонаселения, урбанизации, глобальных последствий загрязнений атмосферы, истощения природных ресурсов и радиоактивных загрязнений. В связи с масштабами экологических нарушений приводятся и материалы по экологическому риску. Рассматриваются и актуальные региональные проблемы. Перечень вопросов можно было бы продолжить (например, рассмотреть угрозу сокращения биологического разнообразия, разрушения средообразующих компонентов биосферы и т.д.), но они отчасти рассмотрены в других разделах пособия.

3.1 Проблема роста народонаселения

Около 10 тыс. лет тому назад общая численность людей на планете составляла примерно 5 млн. чел., а период ее удвоения

- 3 тыс. лет. Население увеличивалось с возрастающей скоростью, особенно начиная с 1500 г. н.э. К 1900 году число людей достигло 1.6 млрд. чел., время удвоения численности сократилось до 100 лет. В наше время эти цифры составляют соответственно 5,3 млрд. чел. (1990 г.) и 40 лет. Такой бурный рост народонаселения в XX веке называют демографическим взрывом. Этот взрыв означал не только социально-демографическую проблему, но и экологическую, так как его негативные последствия имеют прямое отношение к экологии человека, качеству его жизни и выживания.

К негативным экологическим проблемам демографического взрыва относятся фактическое превышение численности людей ее оптимального уровня, возрастающий недостаток продуктов питания и изменение возрастной структуры человечества. Перед рассмотрением перечисленных вопросов необходимо отметить, что как сам рост народонаселения, так и вызванные им последствия совершенно по-разному выражены в передовых и развивающих странах. Для подавляющего большинства развитых стран (США, страны Западной Европы, Япония) характерен умеренный рост народонаселения, согласованный с имеющимися ресурсами, а негативные его последствия снижаются рациональной государственной политикой. В развивающихся странах наблюдается резкий рост населения. обостряющий и без того нелегку ситуацию с качеством жизни. У каждой из женщин таких стран в среднем 5-6 детей (для сравнения у японок 1,57; у немок - 1,4 и т.д.).

В целом по планете по прогнозам демографов уже в ближайшее десятилетие население планеты может достичь 11-12 млрд. чел. и стабилизироваться на этом уровне (по пессимистическим прогнозам к концу XXI века население планеты увеличится до 28-30 млрд. чел.). Между тем по мнению другой группы экологов оптимальная численность населения нашей планеты составляет 1,5 млрд. чел. Человеку тяжела теснота и скученность современных городов, вредны не только превышающие ПДК и ПДУ уровни воздействия негативных факторов, но и само их появление в воздушном бассейне города; полезней чистая ключевая вода, а не обработанная хлором водопроводная, и необходима дикая нетронутая природа.

Попытки в 50-60 годы руководством ряда развивающих стран остановить рост народонаселения жестким государственным контролем над рождаемостью не привел к существенным успехам. Рождаемость гораздо лучше снижалась при повышении уровня образования (в Бразилии у женщин с высшим образованием число детей в 2-3 раза меньше, чем у необразованных), повышении общего уровня жизни.

В РФ проблемы избыточного роста населения в настоящее время нет. Более того, население страны сокращается из-за резкого ухудшения качества жизни, в том числе и по экологическим причинам; падает рождаемость и увеличивается смертность. Только от самоубийств в последнее время страна теряет ежегодно около 70 тыс. чел.

Вторым негативным последствием роста народонаселения можно считать увеличение недостатка продуктов питания. Правда, имеются чрезмерно оптимистические расчеты, которые показывают (по H.А. Агаджаняну). что наша планета при использовании всей пригодной для сельского хозяйства площади (3650 млн.га) сможет прокормить 76 млрд. чел. Но реальные возможности значительно меньше. Известно, что для обеспечения продовольствием одного человека нужно 0,8 га пашни. Поэтому даже в обширной РФ ее 131,6 млн. га пашни не могут считаться чрезмерно богатыми для 150 млн. чел. Неудивительно, что уже в начале 90-х гг. недостаток продовольствия по скромным подсчетам экспертов ООН составил 80...100 млн.т. Число голодающих по данным ФЯО более 0,5 млрд. чел., более 10 млн. чел. ежегодно погибает от голода. Почти каждый год мировое сообщество спасает население очередной страны от голодной смерти - недавно это были Сомали, Хорватия, а в 1997 г. - Северная Корея. Уже сейчас изучают возможность широкого использования синтетического белка из нефти, полученного с помощью микроорганизмов, и ряда насекомых (их калорийность больше, чем у мяса, а масса больших стай саранчи достигает нескольких десятков тыс.т). Значительным резервов продовольственных ресурсов является сельское хозяйство развивающихся стран. Если в наиболее процветающих странах Запада существуют законодательные запреты на излишки продукции (например, в Дании нельзя содержать более 3 коров на 1 га сельхозугодий), то в развивающихся странах урожай на сходных землях для аналогичных культур меньше в 2,5...5,2 раза, чем на Западе. Планировавшаяся компенсация недостатка белка (главного фактора голода) соответствующими ресурсами океана оказалась нереальной: в 80-х гг. улов рыбы достиг своего максимума и последовало определенное его снижение, что отчетливо видно и на примере РФ.

Третьим последствием роста народонаселения является изменение возрастной структуры общества. Увеличение численности населения планеты сопровождалось ростом средней продолжительности жизни (с 20-30 лет в античный период до 41 г. в 1900 г. и - по прогнозам - до 65,6 лет к 2000 году). При этом разрыв по средней продолжительности жизни в разных странах достигает 36-40 лет (средняя продолжительность жизни в Японии и Исландии - 80 лет, CША - 75 лет, а Чаде всего 39 лет). Изменения в возрастной структуре зависят от конкретной демографической ситуации в стране. В государствах Западной Европы, США и Японии обеспечивается определенное соответствие между ресурсами и численностью населения. При удлинении средней продолжительности жизни увеличивается число пенсионеров. Однако, несмотря на наступление старости, что обычно приходится на возраст 65 лет, многие продолжают работать практически до смерти. Кроне того, пожилые люди являются носителями культурных, морально-этических и национальных традиций. В развивающихся странах в возрастной структуре преобладают молодые люди, что приводит к дополнительным расходам, так как Фактически трудоспособный возраст начинается в среднем только с 19,5 лет.

Демографическая ситуация в РФ имеет свои специфические особенности. Резко выраженный экологический кризис привел к снижению уровня жизни у большинства россиян, резко возросла смертность, а средняя продолжительность жизни у мужчин в 1995 году упала до 57 лет.

В целом, если обратиться к рис. 1.2, иллюстрирующему возрастную структуру популяций, то первый график характеризует демографическую ситуацию развивающихся стран, второй - стран с высоким уровнем жизни, а третий - РФ.

Таким образом, резкий рост народонаселения в XX веке существенно обострил экологическую обстановку в мире и РФ за счет увеличивающегося недостатка продуктов питания, неблагоприятных изменений возрастной структуры общества в ряде регионов и, главное, все более отчетливого превышения количества людей на планете над оптимальным уровнем. Последнее обстоятельство настоятельно требует эффективного контроля за рождаемостью и смены ряда важнейших для человечества приоритетов и ценностей.

3.2 Проблема урбанизации

В XX веке параллельно росту народонаселения планеты шел процесс урбанизации, т.е. сосредоточения населения и экономической жизни в городах. Если в 1900 г. в городах проживало 224,4 млн. чел. (13,6%), то в 1980 г. - 1821 млн. чел. (41,I%).

По прогнозам демографов к началу XXI века из населения планеты 7 млрд. чел. 5,5 будут жить в городах. Урбанизация явилась неизбежным следствием функционирования индустриального общества с его требованиями специализации и концентрации производства. Развитие урбанизации имеет ряд особенностей и создает серьезные экологические проблемы. К особенностям урбанизации относятся ее неравномерность, тенденция развития мегаполисов, изменения естественных условий жизни, резкое увеличение массобмена в крупных городах и сложность водоснабжения для некоторых из них. Экологическими проблемами крупных городов являются выраженные загрязнения атмосферного воздуха, сложность ликвидации отходов современного города, повышение заболеваемости населения и негативные сдвиги нравственности городских жителей.

Процесс урбанизации затронул практически все государства мира. Однако этот процесс идет неравномерно. В развитых странах доля городского населения сейчас превышает 70%, а в некоторых из них уже подошла к пределу. Так, в Великобритании 35 лет процент городского населения стабилен и равен 91%. В государствах же Африки этот процент около 20, а в городах Китая живет 32% жителей страны.

Второй особенностью урбанизации стала тенденция к создании мегаполисов. Они в развивавшихся странах растут быстрее, чем в развитых, правда, за счет стагнации мелких городов и умеренном росте средних. Например, самым большим городом в начале XXI века должен стать Сан-Пауло в Бразилии: население Мехико уже сейчас больше, чем в Нью-Йорке. В развитых странах появление мегаполисов чаще всего связано с практическим слиянием в одну урбанизированную территорию крупных промцентров, как это происходит в Рурском бассейне Германии и в районе Великих озер США (города Чикаго и Питсбург). Самым крупным объединением в США должно стать слияние Бостона-Нью-Йорка-Вашингтона (около 60 млн. чел.). Правда, значительная часть футурологов Запада предсказывает резкое сокращение процесса урбанизации вследствие уже идущего (например, в США и Японии) превращения индустриального общества в постиндустриальное. Для последнего характерны отказ от глобальной специализации и концентрации производства и приоритетное развитие средних и мелких предприятий с выпуском законченных и годных к употреблении изделий. Такие предприятия обычно размещаются в мелких и средних городах.

Третья особенность урбанизации - резкое увеличение массобмена между городом и другими территориями. Город является субсидируемой экосистемой и для его функционирования необходима доставка энергии, пищи, воды и сырья для промышленности. Соответственно растут и отходы. Наглядное представление о масштабах материальных потоков в городах дает рис. 3.1. Следует только добавить, что для продовольственного обеспечения такого города (с населением 1 млн. чел.) необходимо 800000 га сельхозугодий.

Рис. 3.1. Массообмен, т/сут, современного города

Наиболее существенным с точки зрения экологов является изменение естественных условий жизни в черте больших городов. Такие изменения затрагивают климатические условия, газовый состав атмосферы, биогеохимию городских территорий и их окрестностей. воздействие широкого спектра энергетических загрязнений, Жители больших городов получают на 30% меньше УФО, необходимого для образования в коже человека витамина Д. На 15% уменьшается солнечная инсоляция, на 2-3°С поднимается температура воздуха. Возникшие различия температурных режимов способствуют конденсации атмосферной влаги и увеличивают количество осадков (примерно на 10%),

Если содержание основных компонентов атмосферы (N2 и О2) одинаково во всех регионах планеты и во всех слоях ее газовой оболочки (в тропосфере, мезосфере и стратосфере), то содержание пыли в городах в 30...40 раз выше, чем фоновое. Концентрация вредных примесей в значительном числе городов РФ с населением в десятки млн. чел. превышает 10 ПДК, а в некоторых промцентрах значительно выше, что создает экстремальные ситуации. Загрязнение почв около предприятий черной металлургии в 250 раз выше фона, цветной - в 450 раз. Высок и уровень акустического шума; его интенсивность в городах достигает 100 дБ, а на крупных магистралях 110 дБ А, приближаясь тем самым к болевому порогу слухового анализатора. Велики и интенсивности электромагнитных излучений, создаваемых промышленными установками и радиолокационными станциями.

Для ряда городов сложно решается вопрос с водоснабжением. Обеспечение водой Москвы потребовало создания канала Москва - Волга и дорогостоящей системы водохранилищ на территории своей и соседних областей. В некоторых городах (например, в Караганде) вода доставляется за 457 км.

Высокие загрязнения промгородов составляют самую тяжелую экологическую проблему. При неблагоприятных метеорологических условиях, затрудняющих естественное проветривание улиц, в таких городах, как Лондон и Токио уже неоднократно наблюдались массовые отравления смогом. Эти загрязнения приводят к резкому обострению респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, число которых в городах Бельгии, США и Англии достигало 6...10 тыс. чел., а число умерших - десятков и тысяч человек. Не менее велика и частота хронических заболеваний от загрязнения воздуха канцерогенами. Рак легких, вызываемый курением и наличием канцерогенов в выбросах промпредприятий, стал самым частым заболеванием у мужчин. Самыми распространенными заболеваниями в городах стали аллергические болезни, вызываемые загрязнением среды аллергенами. Ведущая нозологическая единица этой группы заболеваний - бронхиальная астма - как причина внезапной смерти приближается к уровню инфаркта миокарда.

Не меньшую опасность для здоровья населения городов представляют "болезни цивилизации", т.е. группа заболеваний, вызванных специфическими условиями жизни больших городов. Городской житель постоянно находится в условиях стресса. Как правило, он должен выполнять больший объем работы на предприятиях и учреждениях, чем в провинции (из-за большой дороговизны), у него наблюдается частый десинхроноз (нарушение естественных биоритмов организма трехсменной и ночной работой, жестким трудовым ритмом города, социальной синхронизацией и другими стрессовыми факторами). Систематический стресс - основная причина сердечко-сосудистых заболеваний. Немаловажную роль в развитии стресса играют чисто экологические факторы, которыми по медицинским данным вызывается 40% всех инфарктов миокарда.

Следующей тяжелой экологической проблемой городов является необходимость утилизации громадного количества отходов. В РФ ежегодно накапливается 50 млн.т только твердых бытовых отходов ( в CША их в 2...2,5 раза больше). Бытовые отходы в нашей стране занимают более 15 тыс.га, выключая эти земли из сельскохозяйственного пользования. Сжигание бытовых отходов на свалках приводит к загрязнению воздуха диоксином, промотором канцерогенных заболеваний. Не меньшую площадь занимают и отходы производства; их утилизация не менее сложна, чем утилизация бытовых отходов. Принятая же на Западе практика сжигания отходов с большим содержанием органических веществ на мусоросжигательных заводах не решает проблемы: вместо загрязнения почвы создается загрязнение воздуха.

Разумеется, в городах имеются и значительные удобства для жизни: более совершенный транспорт, широкие возможности для образования; города являются крупными центрами науки, культуры и искусства. Но за все это приходится платить: дышать отравленным воздухом, пить пахнущую хлором воду, жить в условиях растущей преступности, одиночества и депрессии. Частота самоубийств в городах значительно выше, чем в сельской местности; в них же более выражен упадок морали и нравственности, больше наркоманов и больных венерическими заболеваниями. Вновь появилась масса беспризорных детей и т.д.

Наглядное представление о соотношении между удобствами городской жизни (а) и качеством городской среды обитания (б) при увеличении числа жителей городов и превращением их в мегаполисы дает рис 3.2.

Рис. 3.2. Схема соотношения между удобствами городской жизни и качеством среды обитания

3.3 Глобальные последствия загрязнения атмосферы

Наиболее опасные последствия загрязнения атмосферы заключаются в разрушении озонового экрана и развитии парникового эффекта. Оба эти процесса явились результатом воздействия практически всех стран планеты, их последствия могут кардинально изменить ход естественного развития жизни на Земле. Поэтому с полным основанием оба эти процесса можно назвать планетарными или глобальными.

Разрушение озонового экрана, представлявшего собой тонкий слой О3 на высоте 18...30 км над экватором и 6...8 км над полюсами, вызвано накоплением в атмосфере хлорфторуглеродов, т.е. группой газов широко применяющихся в промышленности как хладагенты, растворители и средства пожаротушения. Использовались они и в быту для распыления лаков, дезодорантов и других веществ в аэрозольных установках. Мировое их производство составляет 1,12 млн.т/год (1992 г.), в том числе в США - 31%, Западной Европе - 30%, Японии - 12%, РФ - 8%. Установлено, что за 20 лет (1969 - 1988 гг.) масса озонового слоя уменьшалась на 3...5%, с 1985 г. стали обнаруживаться озоновые "дыры" над Антарктикой, позже в меньших размерах над Арктикой и над Европой. В настоящее время истощение озоновго слоя расценивается в 15%, темпы расширения озоновых "дыр" достигают 4% в год.

В основе разрушения озонового слоя лежит диссоциация хлорфторуглеродов, идущая с образованием атомарного хлора, который вступает в реакции с озоном, дающую в итоге О2. Не исключается разрушительное действие на озоновый слой выбросов сверхзвуковых самолетов, запусков ракет и т.д.

Истощение озонового слоя увеличивает уровень УФО, что отрицательно сказывается на здоровье человека: увеличивает частоту рака кожи, ведет к катарактам хрусталика и подавлении иммунной системы. Правда, указанных последствий можно избежать при отказе от летнего загара, применения закрытой одежды и т.д. Однако, как когда-то уменьшение УФО позволило живым организмам освоить сушу, так сейчас его увеличение приведет сначала к снижению продуктивности растений (увеличение УФО на 1% снижает урожайность на 1%), а потом и вообще к подавлению продуцентов, что нарушит все трофические цепи биоты.

Осознание опасности разрушения озонового экрана привело к заключению Монреальского соглашения о конкретных сроках прекращения выбросов хлорфторуглеродов к 2005 году (сокращение выбросов наполовину планировалось к 1988 году). Соглашение было подписано 82 государствами, в том числе СССР. Однако даже стопроцентное выполнение этого сокращения не скоро нормализует ситуацию. Продолжительность жизни многих хлорфторуглеродов достигает сотен лет, так что 90% их выброшенной в атмосферу к 1990 году массы будет действовать еще в 2000 г., 39% - в 2100 году и 1% - в 2300 г. К тому же требования Монреальского соглашения не могут быть сразу выполнены даже такой богатой страной, как США - на это ей нужно 135 млрд. долларов. Поэтому проблема спасения озонового экрана еще будет требовать своего решения и будет приводить к новым экономическим потерям из-за снижения урожая, которые уже сейчас в США составляют 1...5 млрд. долларов в год.

Вторым глобальным последствием загрязнения атмосферы является парниковый эффект. Его развитие связано с постепенным накоплением в атмосфере планеты СО2. Повышение концентрации СО2 в атмосфере в XXI веке описывается такой же экспоненциальной функцией, что и рост народонаселения. Именно с увеличением концентрации СО2, а также некоторых других парниковых газов (метана, хлорфторуглеродов, оксида азота и т.д.), по мнению ряда специалистов, связано повышение среднегодовой температуры планеты, составившее за последнее столетие 0,6...1,0 °С (по другим данным среднегодовая температура практически не изменилась, увеличилось только число аномально теплых зим).

Тем не менее, мировое сообщество ориентировано на прямую связь потепления с выбросами парниковых газов за счет хозяйственной деятельности человека. Уже делаются попытки заключения соглашения, аналогичного Монреальскому, в отношении парниковых газов с требованием сокращения выбросов СО2 на 60%, метана -20%. Такое соглашение в первую очередь коснется CША и Западной Европы, на долю которых приходится около 42% всех выбросов CO2 и около 40% выбросов метана (для РФ эта доля соответственно равна 11,7 и 6%). Заключение соглашения об ограничении выбросов парниковых газов обосновывается угрозой катастрофических последствий потепления планеты. По мнению экспертов следует ожидать повышения уровня мирового океана и затопления части земель, потепления климата на территории РФ и превращения в пустыни ряда субтропических территорий, восстановления Аральского моря за счет таяния ледников Средней Азии и широкомасштабной эрозии почв в регионе с наводнениями и тропическими бурями. Наиболее катастрофические последствия ожидаются в районах вечной мерзлоты, занимающих около 60% территории РФ.

Изменения климата в комбинации с разрушением естественныхэкосистем увеличат опасность инфекционных болезней (в частности, малярии) в регионах, где ожидается потепление. Почти в 1,5 раза увеличится число лесных пожаров.

Перспективными методами профилактики парникового эффекта остаются альтернативные источники энергии (ветер, солнце, морские приливы), повышение эффективности использования традиционных источников, что может снизить выброс парниковых газов на 10...30%; применение более совершенных технологий и т.д.

В заключение следует отметить, что в истории планеты уже были периоды, в которые то повышалось, то уменьшалось содержание в атмосфере О2 и СО2, что сопровождалось глобальными изменениями климата, его потеплениями и великими оледенениями.

3.4 Опасность ядерных катастроф и радиоактивных загрязнений

После открытия первого известного человеку вида ионизирующей радиации (ИР) в 1895 г. - рентгеновского излучения -прошло немногим более 100 лет. Опасность ИР для здоровья и жизни была осознана только через полстолетия, и до этого люди (очень часто сами радиологи и врачи-рентгенологи) гибли от переоблучения (памятник погибшим 110 врачам установлен в 1936 г. в Гамбурге).

В настоящее время различают пороговое и беспороговое действие ИР. При первом действии выраженность лучевых поражений (лучевых болезни и ожогов, катаракт и т.д.) пропорциональна полученной дозе облучения (зависимость "доза-эффект" носит S-образный характер), а при втором - нарушения в клетках организма носят вероятностный, стохастический характер. Поражение соматических клеток через 6...30 лет приводит к злокачественным опухолям, поражение зародышевых клеток - к изменениям наследственности, мутациям. Возможность беспороговых эффектов частью специалистов ставится под сомнение, но ее защищал акад. А.Д. Сахаров и она признана большинством ученых. Пороговое воздействие ИР связано с авариями АЭС, значительными утечками и выбросами радиоактивных материалов, высокими уровнями радиоактивных загрязнений; беспороговое - с воздействиями радиоактивного фона, рентгеновским облучением при медицинских исследованиях, космическим излучением. Ниже будет рассмотрена сначала опасность ядерных аварий и катастроф, а потом - значение беспороговых эффектов.

В настоящее время в ряде стран широко применяется АЭС, их больше всего в США, на втором месте стоит Франция (на ее АЭС вырабатывают 70% всей электроэнергии), на третьем - РФ. Постоянно расширяется и число стран, использующих АЭС. Эксплуатация АЭС сопровождается периодическими авариями: ежегодно регистрируется 45 пожаров, только в США за последние 10 лет произошло 169 аварий. Чернобыльская катастрофа 1986 года, хотя и не была вызвана атомным взрывом АЭС, продемонстрировала всему миру глобальные последствия крупных аварий и катастроф АЗС. Десятки погибших от радиации, сотни и тысячи км2 земель зараженных радионуклидами, десятки тысяч переселенных или нуждающихся в переселении с зараженных земель людей, брошенные города и села, умирающие от лейкемии дети - вот что принесла человечеству эта самая крупная авария АЭС. При атомном же взрыве АЭС, расположенной в густонаселенной местности, число погибших достигло бы 140 тыс. человек, а экономический ущерб - 150 млрд. долларов.

Важной особенностью радиоактивного заражения земли в ряде случаев является длительный период полураспада продуктов ядерных взрывов. Период полураспада стронция-90 составляет 28 лет, цезия-135 - 30 лет, плутония-233 - 2,4*104 лет. Это значит, что для естественного распада таких элементов потребуются десятки и сотни лет.

После Чернобыля острее стала необходимость профилактики таких аварий и катастроф. В ряде стран (США, Франции и др.) атомную энергетику продолжают развивать, ужесточая требования безопасности. В Швеции и на Филиппинах принято решение о закрытии всех АЭС (хотя они давали в Швеции 50,3% электроэнергии) к 2010 г. В ряде стран предложено сооружать подземные АЭС, что при 10...15%-ном повышении стоимости сравнительно с наземным размещением уменьшает интенсивность радиационного загрязнения при аварии в 1000 раз; проще решаются вопросы захоронения и ликвидации АЭС и т.д. Окончательная стратегия борьбы с опасностью ядерных катастроф большинством стран и в том числе РФ еще не выбрана и остается одной из самых актуальных проблем нашего времени.

Частота мутаций при беспороговом действии ИР составляет 5*10-5. Так как в зародышевых клетках человека имеется около 100 тыс. генов (по другим источникам - существенно меньше), то каждая клетка по Н.А. Дубинину получает около 10 новых мутаций. В каждом поколении 50% оплодотворенных зародышевых клеток гибнут или не дают потомства. По мнению ученых именно это обстоятельство является причиной бесплодных браков, доля которых достигает 12% от общего числа. Уже сейчас около 10% детей рождается с резкими отклонениями от нормы (умственно отсталые дети, дети с врожденными пороками и т.д.). В РФ ежегодно появляется 200 тыс. детей с генетическими нарушениями, 30 тыс. мертворожденных; по генетическим причинам 25% беременности не донашиваются. По мнению радиологов, увеличение имеющегося "генного груза" ИР вдвое обозначало бы гибель человечества. Уже сейчас поражения ИР являются причиной минимум 20% всех мутаций (по мнению сторонников развития атомной энергетики число таких мутаций всего 2-3%).

Беспороговое воздействие ИР в основном обусловлено фоновым излучением. В результате фонового облучения человек в течение года получает в среднем дозу около 0,001 Зв, а за жизнь - около 0,07 Зв. Однако в наше время эта доза существенно увеличивается за счет повсеместной замены традиционного строительного материала - дерева с его естественной радиоактивностью 1,1 Бк/с*кг на бетон, основные компоненты которого -песок и гравий по естественной радиоактивности в десятки и сотни, а в Швеции и CША даже в тысячи раз выше.

Специфической особенностью данного компонента фонового излучения является то обстоятельство, что существенная часть полученной дозы создается внутренним облучением, т.е. при попадании естественных радионуклидов непосредственно в организм человека с вдыхаемым воздухом (только за рабочий день около 20 м3), водой (2 л в сутки) и пищей. Исходным источником такого излучения является уран, рассеянный в литосфере, непосредственно действующим фактором - чаще всего радон и его продукты.

Внутреннее облучение имеет ряд особенностей, основными из которых являются: 1) резкое увеличение времени излучений, а для радионуклидов с большим периодом полураспада, например, для стронция-90 и радия-226, облучение длится всю жизнь;

2) возрастание действия радионуклидов из-за бесконечно малого расстояния до ионизируемой ткани (идет так называемое контактное излучение) и увеличения телесного угла, значительно меньшего 4p при внешнем облучении до полных 4p при внутреннем;

3) распределение радионуклидов по тканям не равномерно, а концентрируясь в отдельных органах, поражая их.

Дополнительной нагрузкой стали рентген-диагностические процедуры, уровень воздействия которых приближается к уровню излучения от современных зданий и сооружений. Одновременно значительно снизилось значение ядерных испытаний, которые составляли в 1962 г. 7% фоновой ИР (общая мощность ядерных взрывов в тот год составила 80 мегатонн), а ныне после прекращения ядерных испытаний их доля стала менее 1%.

Увеличение "генетического груза" из-за повышенной радиоактивности строительных материалов и рентген-диагностических процедур создает проблему защиты и от повышенного радиоактивного фона.

Таким образом, в наше время остается достаточно высокой опасность ядерных катастроф, что требует разработки новых методов и средств защиты от них, среди которых первое место должны занимать новые технологические и строительные решения и широкое использование альтернативных источников энергии. Одновременно следует бороться c повышением радиоактивного фона современных селитебных зон, для чего строительной экологией разрабатываются перспективные методы и подходы.

3.5 Проблема истощения природных ресурсов

Под природными ресурсами (ПР) понимаются конкретные виды материи и энергии, которые обеспечивают развитие человеческого общества, но формируются в ПС и являются ее компонентами. В социально-экономическую сферу они входят как энергетические и материальные элементы производства. К ПР также относятся те природные условия, которые необходимы для человека как биологического вида, т.е. необходимы для удовлетворения его естественных биологических и психологических потребностей, а также и ряда других потребностей более высокого уровня.

Имеется ряд классификаций ПР, основанных, например, на их исчерпаемости и возобновляемости, возможности замены одних на другие, геофизической природе и биологическим фермам и т.д. По исчерпаемости все ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые (примерами первых являются геофизические условия жизни, НИ и т.д.; вторых - солнечная радиация, энергия ветра и воды). Возобновляемые ресурсы обладают способностью полностью восстанавливаться через определенное время (почвы, флора, фауна), к невозобновляемым относят ПИ.

Перечень ПP зависит от уровня развития общества, имевшихся в данное время потребностей человека. В этом отношении следует учитывать не только биологические потребности, т.е. потребности в пище и питье, воздухе и безопасности, но и такие потребности, как необходимость для человека, определенной степени общения и изолированности от других (наличия личного пространства), адекватного его этническим потребностям пейзажа, соответствующей "второй природы" (например, архитектуры). Такие, не биологические потребности резко расширяют перечень условий комфортного существования человека.

При оценке запасов ПР и установлении определенных ограничений или лимитов на их расходование следует учитывать ряд ограничений, вытекающих из экологических законов, правил и принципов, как например, правила 1 и 10%. (первая цифра ограничивает антропогенные изменения энергетики экосистем, вторая -изъятие биомассы популяций). Разумеется, экологические ограничения являются усредненными, допускающими в ряде конкретных реализаций существенные отклонения от приведенных цифр.

С учетом изложенных положений ниже приводится классификация ПР с краткой характеристикой их состояния, запасов, степени перспектив использования. ПР делятся на энергетические, га-зово-атмосферные, водные, почвенно-геологические, биологические (продуцентов, редуцектов, консументов) и комплексные (климатические, рекреационные, антропологические, познавательно-информационные и ресурсы пространства и времени).

К энергетическим ресурсам относятся солнечная радиация и космические лучи, энергия приливов, отливов и океанических течений, потенциальная и кинетическая энергия воздуха, воды и горных пород (у последних прежде всего разность давлений), атмосферное электричество и земной магнетизм, запасы горючих ПИ, энергия искусственного и естественного атомного распада и синтеза, геотермальная и биологическая энергия. Космические лучи и солнечная энергия неисчерпаемы, но слабо концентрированы. Они используются мало, но весьма перспективны в отдаленном будущем. Энергия воды составляет значительную часть всей энергии, получаемой на суше, но ее дальнейшее развитие ограничено из-за нарушений водного баланса. Перспективно использование энергии морских приливов, отливов и океанических течений. В последние десятилетия все большее внимание уделяется энергии ветра как альтернативе другим загрязняющим атмосферу источникам.

Энергия атмосферного электричества и магнетизма неперспективна из-за незначительности ресурса в первом случае и постепенного ослабления магнетизма во втором.

Горючие ископаемые в настоящее время является основными источниками энергетики современного общества. Но разведанных запасов нефти, газа, наиболее удобных для реализации, хватит всего на 30...50 лет. Запасов каменного угля хватит на 100 лет. Запасы сланцев и торфа велики (сланцев по нефтяному коэффициенту 38,4 трлн.т, торфа по углероду - 150 млрд.т), но они неперспективны из-за высоких отходов и выбросов.

Большие возможности у атомной энергетики, но только при условии обеспечения полной безопасности АЭС. После Чернобыля ряд стран, например, Швеция, принял решение об отказе от АЭС, в других странах они не только сохранены, но и строятся новые.

Значительны ресурсы биоэнергетики, но она пока находит применение только в странах, не имеющих достаточных запасов горячих ПИ.

Газово-атмосферные ресурсы в части СО2 и O2 рассмотрены выше. Из-за сжигания горячих ПИ потребление О2 увеличилось вдвое, однако, снижение его концентрации не зарегистрировано. Загрязнение водоемов суши снизило содержание О2 в некоторых из них, что отрицательно сказалось на ихтиофауне. Тяжелой проблемой сохранения качества газово-атмосферных ресурсов стало их интенсивное антропогенное загрязнение вредными выбросами, что требует принятия срочных мер по обеспечению качества атмосферного воздуха.

Водные ресурсы. Практически не изменились океанические и морские воды, за исключением региональных мелководий (например, подкисление Азовского моря), атмосферная влага местами сильно подкислена, что приводит к кислотным дождям с рН  2,3 (при норме 5,6). Гидрологический режим озер, водохранилищ и прудов нарушен антропогенными воздействиями, отмечены сейсмические явления в регионах с крупными водохранилищами (в США и Татарстане). Текучие воды трансформируются под воздействием человека, безвозвратно используется 5-9% их стока. В ряде мест отмечается сильное загрязнение воды, а также дисбаланс между общим стоком в океан и потерей им воды за счет испарения (оценивается в размере +470...+630 км3, в результате чего уровень океана поднимается на 1 мм/год). Снизилось общее количество воды в биомассе (из-за ее уменьшения). В ряде регионов использование гидроресурсов велико, что нарушает экологическое равновесие. Местами очень существенны загрязнения глубинных вод.

Почвенно-геологические ресурсы. Около половины сельскохозяйственных земель эродированы, что увеличило площадь выходов горных пород. Быстро увеличиваются загрязнения почв, велики нарушения земной поверхности (главным образом в местах открытой добычи ПИ). Идет постепенное истощение запасов рудных металлов. По прогнозам запасов олова и вольфрама хватит всего на 20 лет, сурьмы, цинка, свинца, кобальта на 20...40 лет и т.д.

Биологические ресурсы. Под угрозой исчезновения 10% видов растений, их биомасса сократилась на 7% (по другим данным - на 20%). Производительность сельскохозяйственных культур в развивающихся странах (а их большинство) низка. В агросистемах ши-роко распространены монокультуры, что создает потенциальные опасности массовых вспышек болезней и размножения вредителей. Общая способность продуцентов к очистке от загрязнений ниже естественных норм и потребностей человека. Требует внимания и интродукция чуждых видов. Под угрозой уничтожения находится около 1000 видов крупных животных. Биомасса консументов явно недостаточна для возросшего населения планеты. Остаются перспективными расширение аква- и марикультур. Требуется жесткий контроль за интродукцией консументов. Генетико-видовой состав редуцентов не изменен. Но вероятно появление новых нежелательных или даже опасных форм, аналогичных возбудителям болезни Эбола и СПИДа. Периодически отмечаются вспышки опасных инфекционных заболеваний, включая холеру и чуму.

Комплексная ресурсная группа. Существует реальная угроза резкого изменения климата (вследствие парникового эффекта), что требует принятия срочных мер по уменьшении выбросов СО2. Ресурсы отдыха и лечебные природные ресурсы быстро истощаются. Генетические ресурсы человека напряжены (см. подраздел 3.4), а местами даже наблюдается генетическое вырождение. Существенно ухудшается и социальная среда, особенно в развивавшихся странах и РФ, Постепенно исчезает природно-эталонные ресурсы, деградируют и разрушаются уникальные природные экосистемы, что требует их охраны и восстановления. Рост народонаселения приводит к переуплотнению людей, высоким уровням загрязнений, замусоривании даже космического пространства. Одним из основных дефицитов становится время. Человек не успевает осознать опасность вызываемых им же воздействий на природу и остановить начавшиеся негативные процессы (например, остановить разрушение озонового экрана). Стала реальной угроза глобального десинхроноза исторического развития человечества.

И все же есть надежды на оптимистический прогноз. Человечество додано найти выход из ситуации с надвигающимся истощением ресурсов. Уже были самые тяжкие прогнозы, например, на Всемирном геологическом конгрессе в 1907 г. была принята резолюция о жесточайшей экономии быстротающих запасов железной рады. В 1995 году их истощение прогнозировалось не раньше 2060 г. Оптимизм внушает высокая устойчивость природных систем, отсутствие сбывшихся пессимистических прогнозов и вера в могущество человеческого разума.

3.6 Региональные экологические проблемы Тверской области

Наиболее неблагоприятными является экологические условия в областном центре. Город Тверь не относится к городам с очень большими уровнями загрязнений (суммарные выбросы ЗВ города в десятки раз меньше, чем в городах-«рекордсменах» с примерно одинаковым числом жителей - Норильске, Магнитогорске, Нижнем Тагиле), но и в нем имеются территории со значительными уровнями загрязнений, оказывающими негативное влияние на качество жизни и здоровья человека. В городе расположены крупные промышленные предприятия, в том числе химической промышленности, и несколько ТЭЦ. Через город проходит автомагистраль Москва-Санкт-Петербург, что существенно увеличивает поток автотранспортных средств по улицам города. Особенно велики выбросы на 12 промышленных площадках города, четыре из которых являются источниками более чем 80% всех выбросов города. Так, суммарный объем выбросов ЗВ на ТЭЦ-3 составляет 63075 т/год (31% всех выбросов), на площадке, расположенной на улице Индустриальной. - 46938 т/год (23% всех выбросов города), на Пролетарке - 38315 т/год (около 19%) и на площадке по улице Паши Савельевой - 30865 т/год (17%).

На территории города выделяются узлы экологической напряженности (УЭН), т.е. участки с такими нарушениями естественных условий и уровнями загрязнений, которые приводят к росту общей заболеваемости и заболеваемости, обусловленной непосредственно экологическими факторами (главным образом, аллергическими болезнями).

Первым УЭН является участок на правом берегу Волги в восточной части города Твери. Источниками загрязнений на этом участке являются ТЭЦ-4, "Химволокно", "Искож" и другие предприятия. Основные ЗВ представлены сероводородом, сероуглеродом и сернистым ангидридом. Максимальные разовые концентрации по индексу загрязнения, рассчитанному для 5 основных взвешенных веществ превышают 52,5 ПДК. Расположенные на берегу Волги основные очистные сооружения и отстойники крупных предприятий создают значительные уровни загрязнения Волги, многократно превышавшие ПДК. Сильно загрязнены и почвы: содержание мышьяка в них в 5 раз превышает ПДК, цинка - в 3.5 раза, свинца - в 2.5.

Второй УЭН расположен по правому берегу Волги между устьями Тьмаки и Тверцы. Его территория - наиболее древняя часть города, через нее проходят основные транспортные магистрали. Автотранспортом создается высокое загрязнение воздуха, максимально разовые концентрации названных выше основных ЗВ лежат в пределах 22,5...52,5 ПДК. Высоки загрязнения почвы: содержание свинца в них в 8 раз выше ПДК, мышьяка - в 6,2 раза, цинка - в 5,2. Начиная с устья Тьмаки воды Волги становятся сильнозагрязненными (индекс загрязнения превышает 30).

Третий УЭН располагается в восточной части Пролетарского района в зоне АО "Тверская мануфактура", ТЭЦ-1, железнодорожной магистрали и других предприятий. Основным загрязнителем воздуха в этом районе является NO2 (более 4-5 ПДК) и пыль. Сильно загрязнены воды Тьмаки, в почве велики (в 4-7 раз выше ПДК) концентрации свинца и мышьяка.

Четвертый УЭН расположен на левом берегу Волги в районе станции Дорошиха и вагоностроительного завода. Индекс максимальных разовых загрязнений воздуха от 7,5 до 22,5 (прежде всего по NO2). Загрязнение Волги среднее, много свалок мусора и бытовых отходов в районе вагоностроительного завода.

Пятый УЭН расположен около Мигаловского моста. Основные загрязнители - автотранспорт, полиграфические предприятия, ДСK-2, Мигаловский аэродром. Для данного узла характерно неудовлетворительное состояние территории, нарушение почвы (карьеры, выемки). Сказывается на экологическом благополучии жителей и соседство аэродрома, создающее высокие уровни акустических шумов и превышавшие ПДУ интенсивности СВЧ-поля.

Седьмым УЭН с полным основанием можно считать микрорайон "Юность". Расположенные рядом с ним предприятия, главные из которых завод: "Центросвар" и Завод стеклопластиков и стекловолокна, создают высокие концентрации окислов азота, соединений тяжелых металлов (ванадия, меди, никеля и др.), сернистого ангидрида и т.д. Жилые здания микрорайона все ближе подходят к источникам загрязнений, что приводит к снижению качества жизни и на этой территории.

В целом практически на территории всего города в атмосферном воздухе присутствуют CS2, H2S и NO2, концентрации которых на окраине города (на удалении 25-30 км от ИЗА) составляют 0,1 ПДК, а в УЭН достигают 3...6 ПДК. Несмотря на небольшую массу выброса (сравнительно с крупными городами) на каждого жителя города приходится внушительная масса вредных веществ -57 кг/год. В Санкт-Петербурге, например, это число составляет 42 кг/год, а в Москве - всего 32 кг/год. Воды Волги ниже устья Тьмаки практически непригодны для купания. К источникам ряда опасных выбросов практически вплотную примыкают жилые массивы. Высоки уровни акустических шумов на транспортных магистралях города; они на несколько порядков превышают установленные нормативы для участков жилой застройки. РЛС Мигаловского аэродрома почти до силикатного завода создают зону с интенсивностью СВЧ выше ПДУ. Все это требует принятия решений, направленных на обеспечение экологического благополучия города.

В других населенных пунктах области экологическое состояние лучше, чем в областном центре, за исключением Удомли, где расположена Калининская АЭС. АЭС вызывает определенное беспокойство за свою безопасность жителей региона. Кроме того, ее функционирование приводит к негативным изменениям условий жизни в самой Удомле: имеющиеся водоемы не обеспечивают полного охлаждения сбросов АЭС, что создает повышенную влажность и т.д. Вызывают беспокойство не всегда оправданные и достаточно обоснованные технические проекты, затрагивавшие область. Так, с трудом удалось остановить создание водохранилища в районе Ржева для водоснабжения Москвы; не имеет достаточного экологического обоснования и проект высокоскоростной магистрали Москва - Санкт-Петербург, реализация которого может отрицательно сказаться на ряде уникальных природных объектов области.

3.7 Прогнозирование и оценка экологического риска

Обзор основных экологических проблем современности целесообразно дополнить замечаниями относительно концепции экологического риска, которая в последние 1.5...2 десятилетия широко обсуждается в литературе. Под экологическим риском понимается вероятность деградации ПС (или вероятность экологической катастрофы), вызванной деятельностью человека или природными факторами. Деградация ПС - это постепенное снижение ее энергетического потенциала, емкости и сложности: экологическая катастрофа - внезапная потеря устойчивости, переход в неравновесное, нестационарное состояние. Понятие экологического риска в данном случае представляет собой вариант количественной оценки (получение сопоставимых показателей) устойчивости ОС или конкретных экологических объектов, аналогичной концепции риска при оценке надежности технических систем.

Как следует из определения, нарушения устойчивости ОС или экологические катастрофы могут вызываться естественными причинами: глобальными изменениями климата, планетарными катастрофами (например, одна из наиболее известных экологических катастроф, приведших к гибели динозавров, связывается с падением самого большого метеорита), масштабными стихийными бедствиями.

Появление человека привело к новым причинам экологических ЧС и катастроф, которые можно разделить на 2 группы. Во-первых, это техногенные экологические катастрофы, вызванные крупномасштабными авариями, подобные аварии на Чернобыльской АЭС, выбросами токсических веществ и т.д. Такие аварии и выбросы могут резко изменить и поставить под угрозу существование ряда экосистем, вызвать нежелательные генетические эффекты, снизить биопродуктивность и т.д. Одна из экологических катастроф вследствие выброса диоксина произошла в 1976 г. в г. Севезо (Италия). 240 г выпавшего на земли диоксина привели к болезням 135 чел., гибели десятков тысяч мелких и сотен крупных животных, заражении 17 км2 плодородных земель, на несколько лет выключенных из сельскохозяйственного пользования.

Во-вторых, следует выделить антропогенные катастрофы, вызываемые нерациональным природопользованием, как это было, например, в Сахаре и на Арале, приводящими к голоду, сотням тысяч экологических беженцев и колоссальному экономическому ущербу.

В настоящее время обосновываются критерии экологических бедствий и катастроф, разрабатываются методы оценки их вероятности. В качестве критериев предлагается процент гибели биоты (конкретно - 5%), величина экономического ущерба, число вынужденных переселенцев и т.д. Предложен и ряд перспективных методов оценки изменений качества ПС. Так, предлагается показатель качества П , вычисляемый по формуле

       (3.1)

где Е - нормальное равновесное состояние экологического компонента; /Д/- модуль его максимального отклонения в данных условиях; а - коэффициент пропорциональности (обычно значение компонента).

Если регистрируются изменения фазовых состояний системы, то смена фазы принимается равной 5. Смену фазы в биоценозах считают переход в новый тип биоценозов (например, превращение в кустарник). Экологическая деградация может оцениваться и по времени восстановления. Так, для восстановления газового состава атмосферы при залповых выбросах нужно всего несколько дней, для восстановления нарушенных гидрологических режимов грунтовых и поверхностных потоков - недели, гидрологических бассейнов - месяцы и годы, естественной растительности - десятки лет, почв - сотни лет. Соответственные оценки изменениям качества среды для перечисленных нарушений составляют шкалу:

очень слабые, слабые, средние, сильные и очень сильные.

В отношении экологического риска должен действовать предложенный Н.Ф. Реймерсом принцип разумной достаточности и допустимого риска, требующий, чтобы расширение любых действий человека не приводило к экологическим катастрофам и деградации ПС. Нарушение этого принципа можно проиллюстрировать чрезмерным развитием АЭC, число которых в мире уже > 400. Теоретическая вероятность крупных аварий при таком числе объектов составляет 1 раз в 5 лет, что делает отрасль социально бесперспективной. К тому же добавляется нерешенность ликвидации РАО АЭC, что еще более ухудшает ситуацию с атомной энергетикой.

4. ОХРАНА БИОСФЕРЫ

 

4.1 Экологические принципы охраны природы и рационального природопользования

Под охраной природы (ОП) понимается система мероприятий, обеспечивающая сохранение природой ресурсо- и средовоспроизво-дящих функций, а также биологического разнообразия. Природо-пользование включает в себя: 1) извлечение, переработку и воспроизводство ПР, 2) использование и охрану природных условий жизни и 3) сохранение, воспроизводство и рациональное из-менение экологического равновесия природных частей биосферы. При разработке программ природопользования необходима оценка природно-ресурсного потенциала, т.е. той части ПР, которая может быть реально использована в хозяйственной деятельности в данных условиях. Поэтому природопользование иногда называют совокупностью всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала и мер по его сохранению. Различают рациональное природопользование, не приводящее к резким изменениям природно-ресурсного потенциала, и нерациональное природопользование, не обеспечивающее его сохранение.

В основе эффективной системы ОП и рационального природопользования лежат учет и безусловное выполнение экологических принципов, правил и законов, перечень которых включает самые общие законы экологии и ряд конкретных норм, рекомендаций и правил.

Из общих законов экологии наибольшее значение имеют законы внутреннего динамического равновесия и оптимальности. Согласно первому закону вещество, энергия, информация и динамика ПС взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих компонентов вызывает изменение в других, сохраняющих, однако, общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств системы. Из этого закона следует, что любое изменение среды приводит к природным нелинейным цепным реакциям, в которых слабое воздействие и малозаметное изменение одного из показателей может вызвать крупномасштабные и трудно-нейтрализуемые изменения в системе в целом. Так, излишнее вложение энергии, как это было в Сахаре, вместо процветающих хозяйств привело к появлению новой пустыни. Примерами нарушения данного закона могут служить перегораживание пролива Кара-Бо-газ-Гол, неумеренный забор воды из рек, питающих Аральское море, и т.д.

Закон оптимальности утверждает, что для любой экосистемы существуют свои оптимальные пространственно-временные пределы, свой оптимум геофизических и геохимических условий и т.д. Характерными примерами нарушения этого закона является создание огромных площадей сельскохозяйственных монокультур, искусственное ускорение развития экосистем и т.д.

Более частные законы и правила рационального природопользования (по Н.Ф. Реймерсу их более 20) можно сгруппировать в следующие 4 группы: а) законы и правила, определяющие эффективность и рациональность хозяйственных решений; б) законы и правила преобразования природных и антропогенных систем; в) принципы и правила обеспечения стабильности функционирования экосистем; г) правила управления природой.

Первая, самая обширная, группа законов и правил является обобщением и результатом многовекового опыта экономической деятельности человека. Она включает в себя закон исчерпаемости ПР (характеристика ресурсов с учетом их исчерпаемости и возоб-новляемости приведена в подразделе 3.5), закон минимума Либи-ха, снижения энергетической эффективности природопользования. убывающего плодородия и убывающей отдачи и правило 1 и 10%.

Закон минимума Либиха устанавливает, что для живых организмов лимитирующим будет жизненно важное вещество, доступные количества которого близки к необходимому минимуму (закон иллюстрируется бочкой с дырами: нижняя дыра определяет уровень воды в бочке). Этот закон сейчас дополнен положением о совокупном действии природных факторов, в котором у каждого фактора есть свой весовой коэффициент (например, у полной солнечной радиации он равен 2, у температуры почвы - 0,01 на 1°С, у осадков - 0,03 на 1 мм осадков, у азота, фосфора и калия при внесении 1 ц/га - соответственно 1,22, 0,6 и 0,4).

Законы снижения плодородия почвы (уменьшения урожайности при длительном использовании при прочих равных условиях), энергетической эффективности природопользования (повышение энергетического обеспечения для сохранения урожая на том же уровне - за 100 лет в 50 раз) и уменьшения отдачи (снижение отдачи от внесения удобрений) должны учитываться при сельскохозяйственном природопользовании.

Важное место в рациональном природопользовании занимают правила 1 и 10%. Первое из них относится к допустимому уровню нарушения энергетики природных систем - 1%, превышение которого может привести к экологическому кризису. Подтверждением опасности таких нарушений служит развивающийся на наших глазах термодинамический кризис, вызванный приближением вносимых человеком в биосферу изменений энергетики к 1%. Правило 10% относится к сохранению популяций: десять процентов изъятия биомассы популяций может вызвать необратимое снижение ее численности, что подтвердилось при резком уменьшении вылова рыбы при приближении его к 10% биомассы, популяции иногда сохранялись при уменьшении их на 70%.

Правила преобразования естественных и антропогенных экосистем включают в себя правило Одумов о соотношении естественных и преобразованных территорий и закон последовательности прохождения фаз развития. Наглядное представление о рациональном соотношении площадей естественных и преобразованных экосистем дает кривая Одумов (рис. 4.1). Правда, приведенное оптимальное соотношение естественных и преобразованных систем (6О:40) не является абсолютным, а во многом зависит от кон-кретных социально-экономических особенностей региона.

Российскими экологами были разработаны конкретные рекомендации по рациональным соотношениям в различных регионах РФ.

Закон последовательного прохождения фаз развития заключается в том, что природные системы могут развиваться лишь в эволюционном и функционально закрепленном порядке, без исключения промежуточных этапов, резких ускорений процесса и т.д. Данный закон направлен против практики, жесткого подхода к природе, сложившегося в советском государстве и выраженного известным лозунгом: "Мы не можем ждать милостей от природы. Взять их - наша задача".

К принципам и правилам обеспечения стабильного функционирования природных систем относятся закон генетического и видового разнообразия и правила сохранения средообразующих факторов. Закон разнообразия утверждает, что формы живой материи генетически разнообразны и стремятся к увеличению экологической разнородности, что создает уникальные возможности для адаптации к условиям среды и резко повышает стабильность природных систем при воздействии экстремальных факторов. Правило сохранения средообразующих факторов требует, чтобы указанные факторы сохранялись при любых преобразованиях и воздействиях и обеспечивали стабильное развитие природных систем. Ведущая роль в стабилизации условий жизни принадлежит биогенной миграции атомов, ибо она обеспечивает постоянство газового состава атмосферы и, прежде всего, необходимых концентраций СО2 и О2. Благодаря ей и еще неизвестным нам стабилизирующим механизмам даже удвоенное поглощение Од при сжигании топлива не снизило концентрации кислорода в атмосфере. Более чувствителен к антропогенному влиянию гидрологический режим регионов с высокой плотностью населения. Сведение лесов, осушение верховых болот экологически не обоснованное гидростроительство резко уменьши-ло речной сток, привело к обмелению судоходных рек, изменению фито- и биоценозов.

Из теоретических концепций экологии, учитываемых при организации рационального природопользования, наибольшее значе-ние имеет предпочтительность "мягкого" управления природой сравнительно с жестким, при котором неизбежно появление цепных реакций, приводящих к деградации природных систем. Многочисленные примеры таких ошибок дает практика гидротехнического строительства, осушения верховых полот, питающих многие реки центральной России, и т.д.

Наиболее концентрированным и понятным изложением рассмотренных выше экологических основ рационального природопользования являются 4 закона американского эколога Б. Коммонера: 1) все связано со всем; 2) за все надо платить: 3) ничто не проходит бесследно: 4) природа знает лучше.

4.2 Концепция экологической безопасности и устойчивого развития РФ

В последние годы в нашей стране идет широкое обсуждение концепции экологической безопасности и устойчивого развития РФ. Значительная часть предлагаемых мер закреплена указом Президента РФ N236-94 г. "Основные направления государственной стратегии по охране окружающей среды". Ниже дается краткое из-ясяение проблемы и основные направления ее решения. Более конкретные и детальные аспекты приводятся в следующем разделе. Основными исходными понятиями при решении проблемы являются понятия экологической опасности и системы ЭБ. Под экологической опасностью понимается разрушение среды обитания чело века, а также природных экосистем и сообществ живых организмов из-за неконтролируемого развития экономики, отставания техники и естественных, техногенных и антропогенных чрезвычайных ситуаций (ЧС). В приведенном определении понятие экоопасности относится не только к человеку, а также ко всем представителям флоры и фауны, что соответствует основному требовании глубокой экологии - отказу от только антропоцентрического подхода в ре-шении экологических проблем.

Понятие системы ЭБ включает совокупность законодательных, технических, медицинских и биологических мероприятий и средств, направленных на поддержание равновесия между биосферой и экологической нагрузкой. Новым, приведенном в определении, понятием является экологическая нагрузка. В РФ до настоящего времени основным показателем для оценки экологического благополучия остается соответствие между концентрациями и уровнями загрязнителей и установленными ПДК и ПДУ. Экологическая нагрузка оценивается по соответствию уровня воздействующих негативных факторов на единицу площади: соответственно единицей ее измерения является не содержание 3В в единице объема или веса, а отношение массы загрязнителя на единицу площади (обычно г, кг, т) за единицу времени (обычно год). Оценка экологического благополучия по нагрузке широко применяется в развитых странах, предполагается ее внедрение и в РФ, в частности в виде установления предельно-допустимых экологических нагрузок, т.е. их максимальных уровней, при которых еще сохраняет функциональная целостность экосистем.

Концепция ЭБ различает зоны экологических ЧС и экологических бедствий. Впервые входят устойчивые негативные процессы, нарушающие здоровье человека, равновесие природных систем и повреждение генетических фондов; во вторые - два необратимых изменения, выраженные разрушением биоценозов, высокой заболеваемостью и смертностью населения.

При разработке концепции ЭБ (помимо изложенных выше законов, принципов и правил рационального природопользования) учитывалась специфика социально-экономического развития РФ, а именно: а) экстенсивная экономика с одноцелевым использованием ресурсов и низким уровнем переработки отходов; б) деформированная структура производства с преобладанием природоэксплуа-тационных отраслей; в) милитаризация общества и экономики; г) устаревшая и ненадежная экобиозащитная техника; д) высокий уровень урбанизации страны; е) убыточное природосбережение из-за недостаточной правовой базы и ж) плохое экологическое образование.

В концепции ЭБ (помимо изложенных в разделе 3 экологических проблем) учитываются и неблагоприятные социальные факторы:

снижение интеллектуального уровня общества из-за оттока научных кадров за границу, ухудшение качества питания, падение рождаемости на фоне роста болезней, а также личного и общественного стресса и т.д. Главной целью реализации концепции является создание благоприятной среды обитания человека и неистощаемого природопользования.

В государственной стратегии по ООС выделены 4 основных направления: 1) обеспечение экологически безопасного устойчивого развития страны; 2) охрана среды обитания человека: 3) восстановление нарушенных экосистем; 4) решение глобальных экологических проблем.

Общими принципами обеспечения экологически безопасного устойчивого развития экосистем являются сохранение их биологического (и прежде всего генетического) разнообразия, обеспечение баланса поступления и экспорта вещества и энергии, строгое выполнение требований в части предельно-допустимой экологической нагрузки. Государственные и экономические аспекты решения оказанной задачи включают совершенствование системы государственного управления и правового обеспечения всех сфер природоохранной деятельности; экологически обоснованное размещение производительных сил; экологически безопасное развитие всех отраслей народного хозяйства; неистощимое использование возобновляемых ресурсов и всемерная экономия невозобновляемых; расширение использования вторичных ресурсов и обеспечение рационального природопользования во всех сферах экономической деятельности.

Для охраны среды обитания человека предлагается: обеспечить оздоровление среды жизни в селитебных зонах; улучшить качество продуктов питания и воды; предотвратить загрязнение ат-мосферного воздуха химическими загрязнителями; совершенствовать систему радиационной безопасности; развивать природные унитарно-курортные и рекреационные комплексы, база которых после развала СССР резко сократилась; улучшить систему прогно- зирования и ликвидации последствий ЧС; повысить экологическое воспитание и образование общества.

Из требующих восстановления нарушенных экосистем на первом месте стоят десятки наших городов, в которых ПДК вредных веществ превышены в 10 и более раз (а в трех, правда, небольших промышленных городах, в 50 раз). Второе место занимает проблема ликвидации РЗ Чернобыльской катастрофой ряда районов. Требуют неотложного решения экологические проблемы загрязни озера Байкала (в мае 1997 года там началась массовая гибель уникального вида пресноводной байкальской нерпы), нарушенной гидрологии и загрязнения реки Волги. Необходимо спасать на сей раз уже не от падения уровня, а от его чрезмерного повышения Каспийское море, оздоровить воды Ладожского и Онежского озер и Невской губы.

К глобальным проблемам ЭБ относятся рассмотренные выше охрана озонового слоя и предупреждение развития парникового эффекта. Кроме того, остро стоит проблема сохранения биологического разнообразия биосферы, охрана лесов и лесовосстановле-ние. Особое значение для РФ имеет проблема химического и ядерного оружия (в связи с нашим явным превосходством сравнительно с другими странами). Распад СССР породил проблему трансграничных загрязнений (например, из Донбасса на рядом расположен-ные области РФ). Участие РФ необходимо при решении экологических проблем Аральского, Каспийского, Черного и балтийского морей. Совместно с Украиной РФ предстоит восстановить экосистемы гидробионтов йзовского моря. РФ участвует в целом ряде соглашений международного уровня по Арктике, Антарктике и мировому океану, а также биосферным заповедникам и другим актуальным экологическим проблемам (см. подраздел 4.4).

4.3 Экологический мониторинг в биосфере, РФ и ее регионах*

Все возрастающее воздействие человека на ОПС и угроза серьезных экологических последствий требуют получения детальной информации о состоянии ОС. Для этого необходима система специальных наблюдений, которая бы выделяла антропогенные изменения состояния ОПС на фоне естественных. Такую систему, обеспечивающую слежение за состоянием ОПС и предупреждающую о создавшихся критических ситуациях для людей и природы, в экологии принято называть системой экологического мониторинга (ЭМ). Она может охватывать как локальные районы (региональный ЭМ) или отдельные страны (национальный ЭМ), так и земной шар в целом (глобальный ЭМ). В отдельных промышленных зонах и крупных городах и на территории РФ в целом, а также в странах СНГ, CША и т.д. организован как региональный, так и национальный ЭМ. По линии международной программы "Человек и биосфера" ведутся работы над созданием биосферного (глобального) ЭМ.

Первой ступенью биосферного ЭМ является биоэкологический (санитарно-гигиенический) мониторинг с конечной целью защитить людей, флору и фауну региона или страны; второй ступенью - геоэкологический (природохозяйственный) мониторинг с конечной целью выявить генезис изменений в природнотехнических системах (в городе, промзоне, сельской местности и т.д.) и взаимную связь тех явлений в ОС, которые являются индикаторами биоэкологического мониторинга; третьей ступенью - биосферный мониторинг с конечной целью защитить жизнь человечества в нашей биосфере и выявить глобальные изменения ОС, вызванные деятельностью общества. Как видим, ЭМ является многоцелевой информационной системой, обеспечивающей наблюдение за состоянием ОС, оценку и прогноз ее состояния, определение степени антропогенного воздействия на ОС, выявление факторов и источников такого воздействия, а также степени их воздействия. Его место в системе регулирования состояния ОС показано на рис. 4.2. Под влиянием антропогенных воздействий Ва, как известно, состояние биосферы Б меняется от  к . Посредством ЭМ проводится приближенное описание и оценка  измененного состояния . Соответствующая информации поступает в блок решения Д, где в зависимости от научных Н и экологических Э возможностей принимаются решения. Последние могут быть направлены на ограничение или прекращение Ва, на укрепление или "лечение" того или иного элемента Б, на совершенствование системы ЭМ.

Рис. 4.2. Место экологического мониторинга ЭМ в системе регулирования антропогенного воздействия Ва на ОС

В РФ действует Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ). Ее пункты наблюдения организованы в городах, промзонах, на водных объектах и в сельскохозяйственных районах, подверженных значительному влиянию хозяйственной деятельности, а также в районах с минимальным загрязнением для излучения фоновых загрязнений. ЕГСЭМ состоит из подсистем:

1)   ЭМ источников антропогенного воздействия на ОС;

2)   ЭМ загрязнения абиотической компоненты ОПС;

3)   ЭМ биотической компоненты ОПС;

4)   обеспечения функционирования экологических информационных систем.

Первая подсистема ЕГСЭМ реализуется как природопользователями, так и территориальными подразделениями Госкомэкологии РФ. Природопользователи ведут наблюдения за источниками выбросов и сбросов на своих объектах, для чего создают и эксплуатируют свои (ведомственные) средства наблюдения и контроля, Например, РАО "Газпром" в 1995 г. организовал систему производственного ЭМ или ПЭМ, Минатом РФ - Единую государственную автоматизированную систему контроля радиационной обстановки (ЕГАСКРО) и т.д.

Территориальные органы Госкомэкологии РФ (в субъектах РФ) осуществляют ЭМ источников антропогенного воздействия на атмосферный воздух (определяется состав и количество 3В). В 1995 году ими было охвачено 18380 предприятий в 459 городах РФ. Как видим, в первой подсистеме ЕГСЭМ выполняется как ведомственный, так и госконтроль за источниками воздействия на ОС. Надзор за ведомственными службами осуществляют специальные инспекции аналитического контроля (СИАК) ЕГСЭМ.

ЭМ загрязнения абиотической составлявшей ОПС (вторая подсистема) в рамках ЕГСЭМ ведет Государственная служба наблюдения за загрязнением ОПС или ГСН. Она осуществляет наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха, поверхностных вод и почв, а также за радиационным загрязнением ПС. В 1995 г. проводились наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха в 284 городах РФ на 664 стационарных постах, в том числе в 234 городах - непосредственно подразделениями Росгидромета; за загрязнением поверхностных вод на 1928 пунктах, 2617 створах, 2958 вертикалях и 3407 горизонтах, расположенных на 1363 водных объектах, из них на 1204 водотоках и 159 водоемах. Вторая подсистема ЕГСЭМ состоит из центральной и 10 региональных лабораторий, а также осуществляет экспедиционные обследования.

В состав сети наблюдений за радиационным загрязнением ПС входит 1456 гидрометеостанций и постов. Они осуществляют измерение мощности дозы -излучением (1394 пункта), наблюдения за радиоактивными выпадениями (487 пунктов) и аэрозолями (51 пункт). На 30 пунктах проводятся наблюдения за содержанием трития в атмосферных осадках, а на 82 - за содержанием стронция-90 и других долгоживущих радионуклидов в водах рек и морей.

В рамках ЕГАСКРО созданы подсистемы автоматизированного контроля радиационной обстановки (АCKPO) АЭС и системы территориального радиационного контроля (СТРК) в районах (радиус до 50 км) размещения АЭC. На каждой АЭС действует от 9 до 20 постов (например, на Смоленской АЭС - 20 постов, а на Калининской АЭC - 10 постов).

Наиболее сложной и наименее разработанной не только в РФ, но и в мире является третья подсистема ЕГСЭМ - ЭМ биоты. В РФ она будет включать три основных блока этого ЭМ:

1)   растительный мир;

2)   животный мир;

3)   живая природа на охраняемых природных территориях. Сейчас определяются приоритетные показатели для каждого блока этой подсистемы ЕГСЭМ на федеральном и территориальном уровнях (дифференцированно для наземных, водных и почвенных экосистем), а методы ЭМ биоты апробируются на особо охраняемых территориях РФ.

ЕГСЭМ состоит из тематических и территориальных подсистем ЭМ. Первые осуществляют наблюдения и контроль состояния отдельных антропогенных объектов (например, промышленных, энергетических, транспортных, ядерно-энергетических или потенциально опасных объектов) и компонентов ОПС (атмосферы, водной среды, почв, земель и т.п.). Каждая из тематических подсистем состоит из одной или нескольких ведомственных систем наблюдения и контроля, объединенных по принципу общности объекта ЭМ. Эти подсистемы ЕГСЭМ обеспечивают наблюдение и контроль:

1)   экологического состояния антропогенных объектов;

2)   экологически безопасного для людей состояния компонентов ОПС;

3)   состояния и качества ПР, используемых в конкретных видах деятельности;

4)   состояние источников антропогенного воздействия на ОПС. Вся информация интегрируется информационно-аналитическими центрами (ИАЦ) этих подсистем.

Территориальные подсистемы ЕГСЭМ созданы в соответствии с административным делением РФ (89 подсистем). В них допускается иерархический принцип, когда экологическая обстановка в городах и районах требует создания отдельных подсистем ЭМ соответствующего уровня, вплоть до федерального. В ЕГСЭМ осуществляется методическое и информационное сопряжение территориальных и ведомственных систем. В основе организации информационного сопряжения лежит сеть ИАЦ ЕГСЭМ (федерального, территориального и ведомственного уровней), организующих и выполняющих работу по сбору, хранении и обработке информации по ЭМ. На федеральном уровне этим занимается автоматизированная информационная управляющая система "Экологическая безопасность" Госкомэкологии РФ. Она имеет тесную связь как с территориальными ИАЦ Госкомэкологии РФ, так к с ИАЦ Госкомсанэпидемнадэора РФ, Госатомнадзора РФ, Госкомсанэпидемнадзора РФ. Минздрава РФ и Росгидромета, а также с. Минсельхозом РФ, Минресурсами РФ и другими ведомствами и службами федерального уровня. Все это обеспечивает изучение распределения 3В во времени, и пространстве, оценку и прогноз состояния ОС и определение эффективности мероприятий по ее защите.

ЕГСЭМ использует как лабораторные и экспрессные методы (с многими из них студенты знакомятся при выполнении лабораторных работ [3]), так и дистанционные методы исследования атмосферы, водной среды и суши. Последние представляют комплекс аппаратурных и методических разработок, позволявших получить и интерпретировать фото-, кино- и телевизионные изображения, спектральные картины природных и искусственных образований, которые доставляются или передаются с аэрокосмических систем наблюдения. Сюда же включается слежение за ОПС с помощью приборов, установленных в труднодоступных местах страны, показания которых автоматически передаются в региональные центры наблюдения и сбора информации. Средствами дистанционного изучения элементов биосферы являются спутники, лазерная и радарная техника. Так, за 1 ч спутник накапливает и передает информации с площади 30 тыс. км2.

Широкое применение в последние годы в мире дистанционных методов в изучении биосферы позволило говорить о дистанционном ЭМ ОС. Он обеспечивает горизонтальную, вертикальную и динамическую интеграцию, т.е. получение на одном изображении больших участков поверхности Земли, различных компонентов ,ландшафта литосферы, гидросферы, биосферы, антропосферы и атмосферы или одной и той же территории через определенные промежутки времени. С учетом пространственной интеграции изображения могут быть глобальные (всей или почти всей освещаемой части Земля), региональные (значительных площадей географических областей и стран) и локальные (отдельных районов или ландшафтов). Это резко увеличивает преимущества дистанционного ЭН ОПС.

4.4 Международное сотрудничество по охране ОС

РФ осуществляет такое сотрудничество в области охраны ОС на двух- и многосторонней основе. Двухстороннее сотрудничество у нас развивается с Великобританией, Германией, Данией, Индией, Канадой, Китаем, Нидерландами, Норвегией, Республикой Корея, США, Финляндией, Францией и Швецией, а также в рамках Совета министров ОС Баренцевого региона. Оно направлено на предотвращение загрязнения воздуха, охрану вод от загрязнения, в

том числе и вод Мирового океана. При этом ведется совместная разработка правовых и административных мер, связанных с сохранением и поддержанием качества ОПС.

Многостороннее сотрудничество по охране ОС осуществляется путем участия представителей РФ в работе международных учреждений ООН, а также различных международных неправительственных организаций. Так, российские представители в области охраны ОС участвуют в работе учреждений "Программы ООН по ОС" (ЮНЕП), по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО), продовольствия и сельского хозяйства (ФАО), Комиссии ООН по устойчивому развитию, а также Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), Международной организации по радиологической защите (МАГАТЭ), Международного союза ОП (МСОП), Экономической и социальной комиссии для Азии и Тихого океана (ЭСКАТО), Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР). Всемирного фонда дикой природы и Межгосударственного экологического совета (МЭС). Такое сотрудничество способствует быстрому решению глобальных и региональных экологических проблем.

Кроме того, РФ ратифицировала и взяла международное обязательство выполнять 13 международных конвенций в области охраны ОС, а именно: о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов, по защите Черного моря от загрязнений, об охране озонового слоя, о биологическом разнообразии, о международной торговле дикой флорой и фауной, находящейся под угрозой изчезновения; об охране всемирного и природного наследия, о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением, по защите морской среды региона Балтийского моря, о водно-болотных угодьях, имеющих международное значение главным образом в качестве мест обитания водоплавающих птиц; о трансграничном воздействии промышленных аварий, по регулировании китобойного промысла, по охране и использованию трансграничных водных путей и международных озер.

4.5 Основные формы и методы защиты природной среды и решения экологических проблем

Специфические (т.е. применяемые для решения конкретных экологических проблем) методы и подходы рассмотрены в разделе 3. В данном подразделе вначале проводятся консервативные и активные формы защиты ПС, которые следует рассматривать как основной способ сохранения биологического разнообразия биосферы;

затем будут приведены общие подходы к решению большинства экологических проблем современности.

Консервативные формы охраны ПС направлены на сохранение природных объектов особой научной или культурной ценности: типичных или редких ландшафтов, редких геологических образований, исчезающих или редких животных и растений и т.д. К указанным формам относятся заповедники и заказники, природные парки, памятники природы и национальные парки. Заповедники и заказники - это участки территории (акватории), на которых запрещена (в заповедниках) всякая хозяйственная деятельность, а в заказниках временно или постоянно для сохранения одного или нескольких видов запрещены отдельные виды деятельности. В природных парках помимо заповедных зон допускается агрохозяйственные зоны. Памятники природы - относительно небольшие участки, имеющие особое научное, культурное или социальное значение (отдельные деревья, рощи, парки, пещеры, водопады и т.д.). Национальные парки - это обширные территории, включающие природные ландшафты с естественной флорой и фауной, в которых массовый отдых людей организован таким образом, что исключается возможность негативного воздействия на природу. Такие парки в США функционируют более 100 лет, привлекая миллионы отдыхающих ежегодно. В РФ планируется создание 17 национальных парков, в том числе и на озере Селигер.

Способствует сохранении биологического разнообразия издаваемая в РФ "Красная книга", которая содержит систематизированные сведения, о 5 категориях видов: 1) исчезающих; 2) находящихся под угрозой исчезновения: 3) редких видов, встречающихся в таком небольшом количестве, что каждая серьезная опасность угрожает существованию вида; 4) мало известных (недостаточно изученных) и 5) восстановленных видах.

Активной защитой ПС традиционно занимались и занимаются биологи, а в последние 30...40 лет и инженеры. Биологи немало сделали для охраны и спасения исчезающих видов; почвоведы и агрономы, решая проблему обеспечения человечества продуктами питания, добились существенных успехов. Так, они успешно восстанавливают популяции резко поредевших от перепромысла соболей и бобров. В северо-восточной тундре РФ в последнее десятилетие ими восстановлен ареал обитания овцебыков (животных), идеально приспособленных к жизни в азиатской тундре и исчезнувших оттуда в эпоху оледенении. Многочисленные рыбные заводы и рыбопитомники обеспечивают воспроизводство популяций промысловых рыб. Более того, люди сумели создать такой ценный гибрид белуги и стерляди, как бестер. Сотни и тысячи лет функционируют высоко эффективные агросистемы Юго-Восточной Азии, долины Нила и пр. Еще в прошлом веке В.В. Докучаевым была создана высоко продуктивная Каменная степь (Воронежская область) средствами малой мелиорации, сохранившая свое значение до нашего времени. Большие перспективы в обеспечении продуктами питания открывает клонирование наиболее продуктивных сельскохозяйственных животных. Всерьез обсуждаются возможности восстановления истребленных человеком таких уникальных видов, как Стеллерова корова, единственный кандидат в домашние морские животные.

Рост экономической активности человека и, прежде всего, рост промышленного производства породил массу сложнейших экологических проблем и заставил заниматься спасением его среды обитания (см. раздел 3).

Подавляющее большинство разрабатываемых в настоящее время технических решений в экологии связано с защитой от загрязнений биосферы и стациально-деструктивных нарушений поверхности планеты. Однако в решении экологических проблем значительно большую роль должна сыграть разработка принципиально новых технологий, способных кардинально изменить положение дел с истощением ресурсов и загрязнениями. Как когда-то создание полупроводниковых приборов привело к уменьшению потребляемой энергии и миниатюризации материалоемких устройств, так в наши дни нанотехнология может обеспечить следующий шаг в этом направлении, Вторым перспективным направлением является биотехнология с ее высокой эффективностью, естественным природным характером процессов, составляющих ее основу, а потому и высокой зкологичностью самого производства. Третьим прорывом в решении ряда проблем может стать использование альтернативных видов энергии и создание безопасной термоядерной энергетики, оптимистические прогнозы освоения которой не реализуются уже не одно десятилетие.

Большой резерв в решении экологических проблем и защите ПС представляет собой повышение эффективности экобиозащитной техники и экологизация существенных технологий и производственного оборудования. Повышение эффективности зкобиозащитной техники может быть обеспечено применением новых методов очистки и обезвреживания выбросов и сбросов, таких как применение ионных пучков, обработка низкотемпературной плазмой и т.д. Более широкое применение должны получить биохимические методы и средства. Экологизация существующих технологий и оборудования предполагает такие их изменения, которые бы привели к резкому

уменьшению выбросов вредных веществ (использование более экономичного сырья, как например, отказ от сжигания нефти с большим содержанием серы на предприятиях тепло- и электроэнергетики; улучшение режимов горения и широкое применение катализаторов для уменьшения образования вредных веществ и получения менее токсичных продуктов горения (например, не СО, а ).

Особенно большие надежды возлагаются на создание систем оборотного водоснабжения и безотходные производства. Широкое внедрение систем оборотного водоснабжения в 80-х годах XX века уже решило одну из опаснейших тенденций развития техники: экспоненциальный рост безвозвратного водопотребления на нужды расширяющегося промпроизводства. С 1983-1985 гг. этот рост не только остановился, но и началось снижение забора воды. Однако системы оборотного водоснабжения не обеспечивают утилизации вредных веществ, содержащихся в производственных стоках; они переводят их в шлам средствами очистки, оставляя проблему обезвреживания шламов открытой.

Безотходное производство явилось бы идеальным решением проблемы отходов, общая масса которых достигает сотен миллионов и миллиардов тонн (главным образом отходы открытой добычи ПИ). В отдельных ситуациях можно создать по-настоящему безотходное производство, когда используется все исходное сырье, а после потери потребительских свойств продукты производства становятся вторичными сырьевыми ресурсами. Но громадная масса инертных отходов даже при их повсеместном применении для планировочных работ в строительстве и в качестве наполнителей в производстве бетона, будет использована всего на 10…20%. Особенно сложной представляется борьба с отходами синтетических материалов. У них отсутствуют естественные процессы разложения: термическое разложение (попросту, сжигание) увеличивает общее загрязнение атмосферного воздуха. Именно поэтому одной из актуальных задач современности стало создание саморазлагающихся синтетических материалов.

Количественную оценку безотходности (малоотходности) производства осуществляют через коэффициент безотходности , который характеризует полноту использования в производстве материальных и энергетических ресурсов, а также интенсивность воздействия этого производства на ОПС. Он определяется по формуле

, (4.1.)

где  - коэффициент пропорциональности; - коэффициент использования материальных ресурсов:  - коэффициент использования энергетических ресурсов; - коэффициент соответствия зкологическим требованиям.

В мире разработка безотходных и малоотходных технологий ведется в направлениях: 1) создания принципиально новых технологических процессов, позволяющих исключить, сократить или заменить технологические стадии, на которых образуется большое количество отходов: 2) разработки бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе существующих и перспективных способов очистки СВ; 3) создания систем переработки отходов, используемых как вторичные материальные ресурсы; 4) организации территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой потоков сырья и отходов внутри комплекса. Как показывает опыт, условия создания таких технологий и производств наиболее благоприятны в добывающих, перерабатывающих, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

5. ЗАЩИТА КОМПОНЕНТОВ БИОСФЕРЫ

5.1 Защита атмосферы от материальных загрязнений*

5.1.1 Экологическая характеристика атмосферы

Газообразная оболочка Земли - важнейший компонент всех экосистем, функционирующих на суше. Ее специфические особенности определяют морфологию и физиологию живых существ, организацию образуемых ими популяций и сообществ, особенности и интенсивность обмена веществ и энергии. Она является мощным резервным фондом в круговороте азота и избирательным фильтром для энергии солнечного излучения. Из-за высокого содержания в атмосферном воздухе  (примерно 21%) он yжe не является экологическим лимитирующим фактором. У растений и животных появились органы, обеспечивающие его непосредственное усвоение из атмосферы в процессе дыхания. На больших высотах низкое парциальное давление  становится препятствием для нормальной жизнедеятельности человека, растений и животных (см. рис. 2.1).

Участки суши и биогеоценозы резко различаются по средним значениям, суточным и сезонным колебаниям интенсивности падающего на поверхность планеты солнечного излучения, температуры влажности воздуха, что определяет неизмеримо большее разнообразие форм живых организмов на суше сравнительно с аналогичными показателями для океана. У животных и растений выработаны сложные приспособительные реакции (периодичность жизненных циклов, механизмы терморегуляции, различные типы фотосинтеза на экваторе и в умеренном поясе и т.д.). Жизнь в воздушной среде и необходимость активного поиска пищи привели к сильному развитию образований, поддерживающих тело в условиях незначительной плотности среды (опорные ткани растений и скелет животных), к различным формам движений животных (в том числе я непосредственно в воздушной среде) и способам распространения семян у растений. Одно из существенных особенностей экосистем воздушно-наземной среды заключается в резком преобладании биомассы растений сравнительно с биомассой микроорганизмов и животных (соответственно 99,2% и 0,8%). В океане же эти соотношения составляют 6,3 и 93,7%.

 

5.1.2 Характеристика и источники загрязнения атмосферы

Атмосфера состоит из окиси газов и имеет общую массу т или примерно одну миллионную массы Земли. Около 50% ее массы сосредоточена в приземном слое до высоты 5,5 км и 99%. - в слое до 40 км. Этот слой постоянен по составу и изменяется незначительно. По объему он состоит из постоянных (- 78,01%;  -20,95%: аргон - 0,93%; - 0,032 и инертные газы - 0,078 %) и переменных (, , СО, , водяной пар и др.) газов. Масса  в атмосфере примерно  т., его поставляет растительность Земли до т. в год. При этом т  продуцируют леса. В верхнем слое атмосферы (в стратосфере) молекулы  под действием солнечной радиации расщепляется на атомы, образуя . Его содержание в атмосфере составляет % (по массе), а общее количество достигает  т. Он сосредотачивается высоте 20...45 км в виде слоя толщиной 2...4 мм (максимум у полисов). Озоновый слой интенсивно поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, защищая органическую природу от их смертоносного действия. Он задерживает около 20 % инфракрасных (тепловых) излучений Земли. Увеличение или уменьшение содержания  в атмосфере служит предвестником циклонов и антициклонов, потеплении или похолодании, изменений ветра, а также влияет организм человека, особенно его кожу.

Переменные газы (см. выше) создают загрязнения в атмосфере и поступают в нее от естественных и искусственных источников загрязнения атмосферы (ИЗА). К первым относят ИЗА природного происхождения (извержения вулканов, пылевые бури, лесные пожары и т.п.), а ко вторым - ИЗА антропогенного происхождения, т.е. вызванные деятельностью человека. По массе антропогенные загрязнения сопоставимы с природными, а по  их превзошли. Кроме того, углеводороды , обладают способностью накапливаться, что создает условия для повышения их содержания в атмосфере до опасных величин. Ниже рассматриваются в основном антропогенные загрязнения, представлявшие серьезную опасность материального загрязнения атмосферы.

Антропогенные выбросы в атмосферу мира ежегодно составляет порядка 20 млрд.т, в том числе  - 18,3 млрд.т, твердых частиц - 1 млрд.т, СО - 304 млн.т, - 100 млн.т, - 88 млн.т и - 53 млн.т. При этом промышленность с теплоэнергетикой поставляет 40...50%, транспорт - 40...50, сельское хозяйство - 5...6 и коммунальный сектор - 7...8% суммарных выбросов. Главными источниками этих загрязнений являются промышленность и транспорт. В итоге примерный относительный состав 3В в атмосфере промышленных городов следующий: СО - 45%, -18, - 15, пыль - 12 и- 10%.

Как известно, в атмосфере Земли происходит самоочищение от материальных загрязнений за счет их конденсации, растворения, окисления, разложения и т.п., но это самоочищение не беспредельно. В определенных зонах Земли антропогенные источники, непрерывно и интенсивно выделяющие газовые и/или пылевые 3В, создают как глобальные, так и региональные и локальные загрязнения ОПС. Так интенсивные и непрерывно возрастающие загрязнения атмосферы  и хлорфторуглеродами (фреонами или хладонами) в мире способствуют постепенному потеплению климата в биосфере и истощению озонового слоя нашей планета (см. выше раздел 3). Региональные и локальные загрязнения атмосферы распределяются так: 86% над промышленными районами, 12,9%. над городами, 1% над сельской местности и 0,1% над океанами. Аэрозольное загрязнение увеличивает плотность атмосферы и способствует развитию облачного покрова Земли, что снижает прямую солнечную радиацию. Оседание пыли на горные вечные снега и ледники увеличивает их таяние.

Локальные загрязнения (как аэрозольные, так и газовые) в период температурных инверсий (см. подраздел 5.1.6) вызывают смоги двух видов. Первый или Лондонский смог возникает из-за загрязненности воздуха копотью или дымом, содержащим SO; (в РФ часто наблюдается в Нижнем Тагиле. Кемерове и др.), а второй или Лос-Анжелессний смог - при загрязнении воздуха выхлопными газани автотранспорта (часто наблюдается в южных городах с интенсивным движением автомобилей). Лондонский смог (смесь дыма и тумана) в 1952 г. за 4 дня погубил более 4 тыс. чел. Его главным токсическим компонентой стал  содержанием 5...10 мг/м и более; новых вредных веществ в нем не образуется. Лос-Анджелесский смог или фотохимический смог возникает при более низких концентрациях загрязнителей и низкой влажности воздуха; образует новые вещества (фотооксиданты, озон и др.), значительно превосходящие исходные по своей токсичности, и желто-зеленую или голубоватую дымку летом и ранней осенью. Он вызывает у людей раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, губит листву на деревьях, а также усиливает коррозии металлов, приводит к растрескиванию резины и т.д.

В России за период с 1991 по 1995 годы в атмосферном воздухе городов и промцентров среднегодовые и средние из максимальных концентраций 3В (взвешенные вещества,  и др. существенно уменьшились, что обусловлено значительным спадом производства, а концентрации СО и  возросли в связи с ростом парка автомобилей. В 1995 г. среднегодовые концентрации в воздухе выше ПДК имели место в 204 (в 1994 г. - 208) городах с населением около 63 млн.чел. (42% населения РФ). При этом случаи превышения максимальных концентраций 5ПДК отмечены в 126 городах и 10ПДК в 80 городах, а превышение 10ПДК по трек и более 3В - в 12 городах. Приоритетный список городов РФ, где наблюдается наибольший уровень загрязнения атмосферного воздуха, включает 45 городов (Архангельск. Братск, Екатеринбург, Москва, Норильск. Саратов и др.), из них в 23 городах (Братск, Уфа, Екатеринбург, Кемерово, Чита и др.) это наблюдается более 3 лет. Характерной особенностью загрязнений в этих городах являются высокие концентрации специфических 3В - бенз(а)пирена, формальдегида, сероводорода, бензола и др.

В 1995 г. произошло 34 аварии на химически опасных объектах, сопровождающиеся залповым выбросом СДЯВ; из них 50% на предприятиях Роскомхимнефтепрома, 35,3% - Минтопэнерго РФ и 14,7%. - других отраслей. Экстремально высокими уровнями загрязнения атмосферного воздуха они сопровождались в городах Курган, Волжский и Тамбов, а также на ст. Зуевка Горьковской железной дороги.

В 1995 г. выбросы 3В в атмосферу по РФ от стационарных ИЗА составили 21,3 млн.т (в 1994 г. - 31,8 млн.т), из них 85,3% приходится на промышленность. Наибольшее загрязнение атмосферы (по объему выбросов) происходит в результате деятельности предприятий энергетики (27,7% от общего выброса промышленностью РФ), цветной (20,4%) и черной (15,1%) металлургии, добычи (7.8%) и переработки (5,0%) нефти, машиностроения (4,0%), газовой промышленности (3.9%) и промстройматериалов (3,7%). На территории РФ выпало 4,3...4.б млн.т серы, 1,3...1,4 млн.т окисленного и 2,0...2,8 млн.т аммонийного азота. Плотность выпаданий окисленной среды в крупных индустриальных регионах РФ (Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном и Уральском) достигает 750 кг/км^2 в год, а нитратного и аммонийного азота 720 кг/км2. В итоге кислотность осадков в этих регионах доходит до рН = 3,1.

Среднегодовая концентрация пыли в воздухе г. Тверь равна 0,7ПДК, 0,2ПДК, СО - 0,ЗПДК, - 0,25ПДК, а сероуглерода - 2,4ПДК (газета "TЖ" от 09.02.95 г.). Уровень такого загрязнения определяется деятельностью предприятий энергетики (40%), химии (около 20%) и машиностроения (10%). Крупнейшими загрязнителями атмосферы в Тверской области являются предприятия энергетики (51% областного выброса от стационарных ИЗА, в том числе от Конаковской ГРЭС - 32% и Тверских ТЭЦ - 9,5%), машиностроения, деревообрабатываищей и легкой промышленности (суммарно до 20%), а также автотранспорт.

На суммарную заболеваемость населения РФ (30...40% по всем экологическим факторам) влияет загрязнение атмосферного воздуха. В частности, заболевает 37% детей и 10% взрослых; ими вызвано 41% заболеваний органов дыхания, 16% - эндокринной системы, 2,5% - онкологических заболеваний у лиц возраста 30-34 года и 11% у лиц 55-59 лет. При этом частота заболеваний раком у лиц старше 40 лет (группа риска) повышена на 12...20% при концентрации бенз(а)пирена 2-4ПДК по сравнении с городами, в которых концентрации бенз(а)пирена ниже 2ПДК; а при превышении 4ПДК - на 22...24%. Также установлено, что примышленная пыль,  и  способны вызывать онкологические заболевания, когда концентрации любого из них превышают ПДК более чем в 2 раза. Вклад широко распространенных 3В (пыль, СО,  и ) в атмосферном воздухе в частоту обострении хронического бронхита превосходит вклад специфических 3В (органических соединений, металлов) в 1,6 раза, тогда как вклад последних в частоту эндокринных заболеваний в 1,5 раза выше.

Экономический ущерб от загрязнений атмосферы может достигать значительных сумм. Так, в США он ежегодно составляет 16 млрд. долларов или 80 долларов на одного жителя. При этом из-за заболеваемости и смертности людей ущерб достигает 6 млрд. долларов, а из-за коррозии и разрушения металлов, гибели растений и снижения урожайности в сельском хозяйстве - 4,9 млрд. долларов в год. По РФ такой статистики пока нет.

 

5.1.3 Нормирование загрязнений атмосферы

В России и странах СНГ установлены нормативы 3В в атмосферном воздухе гигиенического и технического назначения.

При гигиеническом нормировании исходят из трех основных принципов вредности атмосферных загрязнений, сформулированных в 1949 г. проф. В. А. Рязановым. Ими являются: 1) допустимая: может быть признано только такое содержание любого 3В в атмосферном воздухе, которое не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает его работоспособности, не влияет на самочувствие и настроение; 2) привыкание к вредным веществам должно рассматриваться как неблагоприятный момент и доказательство недопустимости изучаемого уровня содержания: 3) недопустимо такое содержание вредных веществ, которое неблагоприятно влияет на растительность, климат местности, прозрачность атмосферы и бытовые условия жизни населения. С учетом этих принципов действующими нормативно-техническим документами (НТД) по ОП (см. раздел 7) установлены ПДК 3В в атмосферном воздухе населенных мест. Они являются гигиеническим нормативом для человека и ОПС.

ПДК - это максимальная масса 3В в единице объема (мг/м3), отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает ни на него, ни на ОС в целом вредного действия (включая отдаленные последствия). Если вещество оказывает на ОС вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на ОС,

ПДК являются едиными для РФ и стран СНГ. Они утверждены бывшим Минздравом СССР для 413 веществ и приведены в СанПиН 4946-89[10]. Для 936 веществ установлены ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) 3В в атмосфере населенных мест [10], являющиеся условно безопасными для человека. Срок действия ОБУВ устанавливает Госкомсанэпидемнадзор РФ (на 3 года или более лет).

По степени опасного действия 3В на организм человека они делятся на 4 класса: 1 - чрезвычайно опасные; 2 - высоко опасные; 3 - умеренно опасные; 4 - мало опасные. Чем опаснее ЗВ, тем сложнее, масштабнее и значимее усилия по защите атмосферы и тем ниже его ПДК в атмосферном воздухе. Для каждого 3В установлены два гигиенических норматива: максимально разовая (МР) и среднесуточная (СрС) ПДК (табл. 5.1).

Таблица 5.1. ПДК некоторых 3В в атмосферном воздухе населенных мест

МP ПДК устанавливаются для предупреждения рефлекторных реакций человека (ощущения неприятных запахов, чихания, аллергических состояний, изменения световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии (до 20 мин) атмосферных загрязнений. Методика определения МР концентраций предлагает производство нескольких в течение суток (продолжительность 20...30 мин) замеров концентраций данного 3В. Наивысшее значение из ряда полученных называют МР концентрацией.

СрС ПДК устанавливаются для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого прямого и косвенного воздействия на человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания. Она определяется как среднеарифметическое значение разовых концентраций, для которых указана продолжительность отбора, или как средневзвешенное содержание вредных веществ в пробах атмосферного воздуха, отбираемых в течение 24 ч непрерывно или с равными интервалами между пробами равной продолжительности. Отбор проб регламентирован РД 52.04.186-89.

При содержании в атмосферном воздухе населенных мест нескольких веществ, обладающих эффектом суммации, их безразмерная суммарная концентрация  должна удовлетворять условию

 (5.1)

где  - фактические концентрации веществ,;

 - ПДК (МР или СрС) соответствующих веществ, .

Эффектом суммации обладают пo РД 52.04.185-89 44 сочетания веществ, в том числе, аммиак и сероводород; ацетон и фенол; азота диоксид и серы диоксид; свинца оксид и серы диоксид и т.д.

Для обеспечения чистоты атмосферного воздуха ГОСТ 17.2.3.02-78 устанавливает предельно допустимые выбросы (ПДВ) 3В. ПДВ является техническим нормативом для того или иного ИЗА, ПДВ - эта масса i-вещества в отходящих газах, максимально допустимая к выбросу в атмосферу в единицу времени. Он устанавливается для каждого ИЗА и вредного вещества в нем из следующего условия. Выбросы того или иного вредного вещества данного ИЗА и от совокупности источников города или другого населенного пункта, с учетом перспективы развития промпредприятия и рассеивания 3В в атмосфере, не создадут приземную концентрацию , превышающую их ПДК для населения, флоры и фауны.

Основными критериями качества атмосферного воздуха при установлении ПДВ являются ПДК, т.е. гигиенический норматив. При этом требуется выполнение соотношения

 при  , (5.2)

где - расчетная концентрация 3В от данного ИЗА, мг/м3;

- фоновая концентрация от других ИЗА того же 3В при времени осреднения 20 мин, мг/м3.

Значения  берут в местном органе Росгидромета. Так по данным Тверского центра по гидрометеорологии в радиусе 3 км от экскаваторного завода  следующие: марганец и его оксиды -0,0915 мг/м"; железа оксид - 0,006; свинец - 0,00005; аммиак -0,03; хлор - 0; ацетон - 0,053; сероводород - 0,0055; серная кислота - 0,045; бензин - 2,1; керосин - 0,18; спирт этиловый - 0,75; взвешенные вещества (средняя по городу) - 0,37; сернистый ангидрит (средняя по городу) - 0,10; углерода оксид -1,82; сероуглерод - 0.067 мг/м3 и т.д.

В зонах санитарной охраны курортов, местах размещения курортов и домов отдыха и зонах отдыха городов при расчете ПДВ должно соблюдаться следующее условие

. (5.3)

ГОСТ 17.2.3.02-78 требует, чтобы каждый ИЗА не превышал свой ПДВ по ЗВ, который устанавливается расчетом, проводимым по методике ОНД-86. В тех случаях, когда рассчитанный ПДВ для конкретного источника и 3В в несколько раз ниже реального, данный ГОСТ разрешает устанавливать местным органам контроля за ОП (например Тверьоблкомприроде) временно согласованные выбросы (ВСВ) или лимиты выброса (предельные массы в год) для соответствующих 3В. Они определяются на уровне предприятий с наилучшей технологией данного производства, аналогичных по мощности и технологическим процессам.

Для неорганизованных выбросов и совокупности мелких одиночных источников (например, дымовые и вентиляционные трубы, аэрационные фонари, вентиляционные шахты и т.п.), как правило, устанавливают суммарный ПДВ (ВСВ). Путем суммирования ПДВ (ВСВ) отдельных ИЗА также устанавливают значения ПДВ (ВСВ) для предприятия или комбината в целом по каждому ЗВ.

ПДВ и ВСВ пересматривают не реже 1 раза в 5 лет. При этом ВСВ устанавливают, когда снижение выбросов до ПДВ в данный момент не может быть обеспечено по объективным причинам. Технический норматив источника загрязнения ПДВ (ВСВ) согласуется с местными органами Госкомсанэпидемнадзора РФ и Росгидромета и утверждается местным органом Госкомэкологии РФ.

 

5.1.4 Контроль за состоянием чистоты атмосферы

На территории РФ осуществляется государственный контроль за чистотой атмосферы в рамках ЕГСЭМ (детально см. выше подраздел 4.3).

Согласно ГОСТ 17.2.3.01-86 и РД 52.04.186-89 кроме стационарных постов наблюдения, могут быть посты маршрутные и передвижные (подфакельные). Они размещаются только в населенных пунктах, кроме территорий промпредприятий. Их число устанавливается в зависимости от местных условий (численности населения, рельефа местности и т.д.). Так, в зависимости от численности жителей города, минимальное количество стационарных постов должно быть: до 50 тыс.чел. - 1 пост; до 100 тыс.чел, - 2; 200...500 тыс.чел. - 3...5; 0,5..,1 млн. чел. - 5...10 и более 2 млн. чел. - 15...20 (г. Москва имеет 23 таких поста, г, Санкт-Петербург - 12, а г. Тверь - 5). Они расположены в кварталах жилой застройки, районах с наибольшим скоплением примесей вблизи автомагистрали и на расстояниях 10...40 высот труб, выбрасывающих 3В. На постах осуществляются непрерывные наблюдения и регистрация содержания 3В по классам приоритетности, регулярный отбор проб воздуха для последующих анализов. Стационарные посты оборудуются павильонами типа "Пост-2" или "Воздух-1". Маршрутные посты обслуживаются передвижными автолабораториями типа "Атмосфера-II”, каждая из которых за рабочий день объезжает 4-5 фиксированных точках местности и производит регулярный отбор проб воздуха по заданному во времени графику. Передвижные посты размечаются под дымовым или газовым факелом и обслуживаются специально оборудованными автомашинами.

Приоритетность замеров 3В определяется по методике ОНД-90, которая учитывает массу выбросов, их непосредственное воздействие на биосферу, устойчивость к дальнейшим превращениям и отдаленные последствия по времени воздействия этих выбросов. В РФ к 1 классу приоритетности для атмосферного воздуха отнесены  и взвешенные вещества (пыли).

Согласно Правилам контроля качества воздуха в насаленных пунктах (см. ГОСТ 17,2.3.01-86) наблюдения на стационарных постах ведутся по 4 программам: полная (П), неполная (HП), сокращенная (СС) и суточная (С). Так, программа П предназначена для получения информации о разовых и СрС концентрациях. Она выполняется ежедневно путем непрерывной регистрации с помощью автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени не менее 4 раз с обязательным отбором в 1, 7, 13, и 19 ч по местному времени. Программу НП разрешается проводить ежедневно в 7, 13 и 19 ч местного времени для получения информации только о разовых концентрациях. Программа СС также проводится дли получения информации о разовых концентрациях ежедневно в сроки 7 и 13 местного времени. Программа С предназначена для получения информации о СрС концентрациях путем непрерывного суточного отбора. При реализации этих программ одновременно определяют метеорологические параметры: направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и под-стилающей поверхности.

На стационарных опорных постах (в г. Тверь их 3 - около Тверецкого моста, вблизи Центрального рынка на ул. Ефимова и в микрорайоне "Чайка") наблюдают за содержанием пыли, , CO и  (основные ЗВ) и специфическими 3В, характерными для промышленных выбросов данного населенного пункта /для г. Тверь такими являются сероводород, сероуглерод, , бенз(а)пирен и тяжелые металлы/. На стационарных неопорных постах наблюдения (в г. Тверь - микрорайоны "Южный" и "Юность") проводятся только за специфическими 3В. На них допускаются наблюдения и за основными 3В, но по программе СС. На маршрутных постах наблюдения ведутся как за основными, так и специфическими 3В; на передвижных постах - только специфическими 3В, характерными для данного промпредприятия.

Наряду с госконтролем за чистотой воздуха, согласно ОНД-90 в РФ действует система контроля ИЗА, т.е. определяется состав и количество 3В по источникам. Она функционирует на государственном, отраслевом и производственном уровнях. Госконтроль обеспечивают Госкомэкология РФ, республиканские, краевые и областные комитеты ООС; отраслевой контроль осуществляют отраслевые организации, на которые возложены задачи по охране ОПС; производственный контроль - специализированные подразделения предприятия или центральные внутриведомственные службы. Результаты таких контролей за ИЗА концентрируются в первой подсистеме ЕГСЭМ (см. выше подраздел 4.3).

При контроле чистоты атмосферы в регионах и выбросов в атмосферу используют инструментальный, инструментально-лабораторный, индикаторный и расчетный методы, а также метод контроля выбросов по результатам анализа фактического загрязнения атмосферы. О первых трех методах детально изложено в лабораторном практикуме [З], а о других см. ниже.

Расчетный метод основан на определении массовых выбросов 3В по данным о составе исходного сырья и топлива, технологическом режиме и т.п. При этом руководствуются ОНД-86 и другими НТД по ОП. Он применяется для предварительной оценки или при невозможности или экономической нецелесообразности прямых измерений. С методиками расчета уровней загрязнения от ИЗА студент может познакомиться в разделах 2, 3 и 5 пособия [2], а при залповых выбросах СДЯВ - в разделе 4 данного пособия.

Метод контроля выбросов по результатам фактического загрязнения атмосферы основан на определении фактических уровней загрязненности воздуха выбросами предприятия за его пределами и последующем их сравнении с эталонными (с учетом направления и скорости ветра). Его применяют для контроля большого числа мелких ИЗА, в том числе неорганизованных и рассредоточенных на территории предприятия. Результаты такого контроля оформляют на схеме или генплане предприятия или промышленной площадки (зоны) и сравнивают с нормативами (т.е. суммарными ПДВ или ВСВ). установленными для предприятия или промышленной площадки (зоны) в целом. На чертежах приводят условные обозначения материальных выбросов ИЗА, соответствующие ГОСТ 17.2.1.01-76*. Последний присваивает выбросу соответствующий индекс, который характеризует агрегатное состояние, химический состав, размер частиц и массу веществ ИЗА. Так, агрегатное состояние выброса обозначается буквенным индексом А (газообразный), К (жидкий) или Т (твердый).

Химический состав выброса обозначается цифровым индексом, состоящим из двух цифр: 01 (), 02 (СО), 03 (NOx), 04 (фтор и его соединения), 05 (сероуглерод), 06 (сероводород), 07 (хлор), 08 (синильная кислота и цианиты), 09 (ртуть и ее соединения), 10 (аммиак)... 23 (сажа), 24 (металлы и их соединения), 25 (пыль) и 26 (прочие вещества).

Размер частиц обозначается цифровым индексом: 1(менее 0,5 мкм), 2 (от 0.5 до 3 мкм включ.), 3 (от 3 до 10 мкм включ.), 4 (от 10 до 50 мкм включ.) и 5 (от 50 мкм); масса вещества - цифровым индексом: 1 (менее 1 кг/ч), 2 (от 1 до 10 кг/ч включ.), 3 (от 10 до 100 кг/ч включ.), 4 (от 100 до 1000 кг/ч включ.), 5 (от 1000 до 10000 кг/ч включ.) и 6 (oт 10000 кг/ч и выше).

В целом структура построения условного обозначения выбросов ИЗА в краткой форме следующая:

При отсутствии какого-либо индекса ставят цифру 0. В результате условное обозначение выбросов ИЗА выглядят так: Т.25.2.2 или твердый выброс, состоящий из пыли с размером частиц от 0,5 до 3 мкм и массой 8 кг/ч; А.01.05.К.20.2.3.Т.23.1.3 или выброс, состоящий из сернистого ангидрида с массой 2100 кг/ч, кислоты с размером частиц от 0.5 до 3 мкм и массой 56 кг/ч. сажи с размером частиц менее 0,5 мкм и массой 73 кг/ч; К. 07.04 или жидкий выброс, состоящий из хлора массой 215 кг/ч.

 

5.1.5 Защита атмосферного воздуха

В настоящее время для защиты атмосферы от материальных загрязнений широко применяют организационно-технические методы защиты и почти забывают о технологических методах. Последние радикально уменьшают загрязнения атмосферы , но для этого следует создавать экологически чистые технологии, топливо, производственные, энергетические и транспортные установки, а также безотходные производства. Процесс их создания и внедрения требует много времени, сил и средств (детально см. раздел 4).

Организационно-технические методы защиты атмосфер сокращают промвыбросы в атмосферу, но не так кардинально. Основными из них являются рассредоточение и локализация ИЗА, а также очистка выбросов этих источников.

Рассредоточение И3А осуществляется на стадии проектирования новых и реконструкции действующих территориальных производственных комплексов, промпредприятий, цехов и крупных производственных установок, а также новых и развития действующих городов и населенных пунктов. При размещении производственных объектов исходят из обеспечения соблюдения нормативов (ПДК, ОБУВ, ПДВ, ВСВ) вредных воздействий на атмосферный воздух, а при планировании размещения и развития городов и населенных пунктов учитывают состояние, прогноз изменения ближайшей зоны и задачи по охране атмосферного воздуха от 3В. Поэтому строительство новых и реконструкция действующих объектов промышленного и гражданского назначения согласовываются с местным органом Госкомэкологии РФ. Последний требует в соответствии с действующими НТД по ОН детальной экологической проработки в направлении атмосфероохранности этих объектов, т.е. выполнить экологическую госэкспертизу объекта (детально см. подраздел 6.2). При этом обязательно учитывается фон загрязнения района или региона, природно-климатические и атмосферные условия, рельеф местности и условия ее проветривания и т.д.

Чтобы концентрации 3В в приземном слое атмосферы не превышали МР ПДК, пылегазовые выбросы ИЗА чаще всего подвергают рассеиванию через высокие (от 40 до 520 м) трубы. В этом случае загрязнения достигнут приземного слоя на значительном расстоянии от трубы, когда они успевают рассеяться в атмосфере (ее верхних слоях) до ПДК. Конечно, это не лучший способ защиты атмосферы, так как он рассчитан на естественную самоочищающую способность биосферы. При этом уровень загрязнения воздуха вблизи предприятия и населенного пункта или города (как в г. Тверь от АО "Химволокно") снижается, т.е. в локальном, а не глобальном масштабе. Эти загрязнения аккумулируются в атмосфере, преобразуются под воздействием солнечной радиации и рано или поздно опускаются в приземный слой, на земную поверхность в виде смога и кислотного дождя. Более подробно о многих аспектах рассеивания выбросов в атмосфере см. в подразделе 5.1.6.

Преимущества высоких труб для рассеивания промвыбросов в атмосфере практически сводятся на нет при расположении площадки жилой застройки выше площадки предприятия. Большую роль в загрязнении приземного слоя играют низкие (до 10 м) выбросы вентиляции и ряда технологических установок. Чтобы этого избегать, прибегают к применению различных планировочных мероприятий, которые зависят от рельефа местности, господствующих ветров, мощности предприятия и т.п. Например, при спокойном рельефе местности предприятие следует располагать на ровном возвышенном месте, хорошо продуваемом ветрами. При этом его лучше размещать в промзоне (за чертой населенного пункта, города) и с подветренной стороны от жилых массивов, чтобы выбросы не объединялись и уносились в сторону от селитебной (жилой) зоны. При строительстве предприятия в долине не следует располагать его на одной линии (по господствующим ветрам) с населенным пунктом. Его надо располагать на более высоких отметках или на склонах долины. Взаимное расположение предприятий и населенных пунктов определяется по розе ветров теплого периода года.

Расстояние между зданиями и сооружениями регламентируется, чтобы не накапливались 3В между ними. При удалении 3В из зданий через аэрационные фонари расстояние должно быть больше восьми высот впереди стоящего здания, если оно широкое, и больше десяти высот, если оно узкое. Кроме того, цеха или объекты, выделявшие наибольшее количество 3В, следует размещать на краю промплощадки со стороны, противоположной жилому массиву.

Санитарные правила по охране атмосферного воздуха населенных пунктов требуют отделять предприятия от жилой застройки санитарно-защитной зоной (СЗЗ). Размеры СЗЗ устанавливаются в зависимости от мощности предприятия, условий осуществления технологического процесса, характера и количества выделяющих в ОПС вредных и пахнущих веществ, создаваемого шума, вибраций и других энергетических загрязнений. Все предприятия подразделены на пять классов вредности с соответствующей шириной СЗЗ: I класс - 1000 м; II - 500; III - 300; IV - 100 и V - 50 м. В частности, химические предприятия относят к I или II классу, а машиностроительные предприятия - к IV или V. В СЗЗ разрешается размещать пожарное депо, гаражи, склады, административные здания и т.п., имеющие более низкий класс вредности, чем основное производство.

Территории СЗЗ следует благоустроить и озеленить газоустойчивыми породами деревьев и кустарников, что увеличит ее защитные свойства. Со стороны селитебной зоны полоса древесно-кустарниковых насаждений должна быть шириной не менее 50 м, а при ширине СЗЗ до 100 м - не менее 20 м.

Локализации ИЗА применяют для изоляции и герметизации наиболее загрязняющих источников. Для этого их заключают в боксы, камеры, кожухи и т.п., из которых затем ведут отсос ЗВ. Чаще всего этот метод применяется в местах окраски изделий распылением, на участках гальванизации, в пневмотранспорте, на виброгрохотах, дробилках, конвейерах и т.д. Как изоляция, так и герметизация ИЗА-достаточно сложные и дорогостоящие инженерные решения, особенно на действующих источниках. Эти недостатки можно частично снизить, если методы изоляции и герметизации ИЗА решать в процессе изыскания и проектирования техники и технологии.

Очистка выбросов ИЗА и является наиболее распространенным атмосфероохранным методом защиты ОПС. Она представляет собой отделение от загрязненного воздуха пыли и газа. Часто их получают как вторичные отходы в чистом или концентрированном виде, токсичном, менее вредном или даже в безвредном состоянии. Накопление этих отходов создает проблемы хранения и утилизации их в стране. Поэтому следует еще решать вопрос использования отходов в сопутствующих технологических процессах, а не создавать загрязнители другого качества - твердые отходы.

Все процессы очистки выбросов энергоемки и требуют соответствующих устройств для очистки от того или иного загрязнителя. Современные промвыбросы состоят на 90% из газообразных веществ и на 10% - из аэрозолей. Они подвергаются очистке вначале от пыли, а затем от газов. В первом случае применяют пылеулавливающие устройства, а во втором - довольно сложные газоулавливающие установки, в которых использованы соответствующие методы очистки (см. подраздел 5.1.7).

Для защиты городской атмосферы от загрязнений автотранспорта также применяют градостроительные мероприятия, обеспечивающие снижение концентраций выхлопных газов в зоне пребывания человека. К ним относят: 1) специальные приемы застройки и озеленения автомагистралей; 2) размещение жилой застройки по принципу зонирования; 3) сооружение транспортных развязок на разных уровнях (эстакад и подземных тоннелей), магистралей-дублеров, кольцевых дорог и подземных автостоянок и гаражей; 4) внедрение АСУ дорожным движением в крупном городе, снижавшей до минимума задержки транспорта на перекрестках. Сейчас принцип зонирования реализуется так: в первом эшелоне (от магистрали) размещается здания пониженной этажности, затем - дома повышенной этажности и в глубине застройки - детские и лечебно-оздоровительные учреждения. Тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжающей части улиц с напряженным движением многорядными (3-4 ряда и более) древесно-кустарниковыми посадками.

Более конкретная реализация технологических и организационно-технических методов защиты атмосферы рассматривается в дисциплинах "Строительная экология", "Инженерная экология" и др.

 

5.1.6 Рассеивание выбросов в атмосфере

На ТЭС, ТЭЦ, металлургических заводах, химических комбинатах и т.д. достаточно эффективным решением пока остается рассеивание нескольких очищенных выбросов в атмосфере с помощью высоких вертикальных труб. Они имеют два назначения: 1) создание тяги для подачи в топку в нужном количестве и с должной скоростью воздуха; 2) отвод продуктов горения из топки в верхние слои атмосферы. Благодаря непрерывному турбулентному движению в этих слоях вредные газы и твердые частицы уносятся далеко от источника их возникновения и рассеиваются. Так, труба высотой 100 м рассеивает мощные выбросы с мельчайшими частицами пыли в окружности радиусом 20 км до концентрации, безвредной для человека; высотой 250 м - радиусом до 75 км. Таким образом, в ближайшем окружении такой трубы создается так называемая теневая зона, в которую совсем не попадают вредные и 3В.

На процесс рассеивания выбросов влияют состояние атмосферы, расположение ИЗА, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых 3В, высота ИЗА, диаметр устья и т.п. Горизонтальное перемещение загрязнений определяется в основном скоростью ветра  , а вертикальное - распределением температур в вертикальном направлении или степенью вертикальной устойчивости атмосферы (СВУА), приведенной в табл. 5.2 и определяемой по табл. 5.3 и 5.4.

Классическая схема распределения концентраций 3В в атмосфере при выбросе через высокие (более 10 м) трубы приведена на рис. 5.1. Как видим, по мере удаления от трубы по факелу выделяются тон зоны: I - зона переброса факела выбросов, которая характеризуется невысоким содержанием 3В  в приземном слое из-за выбросов низких ИЗА: II - зона максимального загрязнения приземного слоя и III - зона постепенного снижения уровня загрязнения приземного слоя.

Наиболее опасной для населения является зона II и поэтому она должна быть исключена из селитебной застройки. Ее размер колеблется в пределах 10...40 Нт, Концентрация 3В в этой зоне  прямо пропорциональна производительности ИЗА и обратно пропорциональна . Подъем горячих струй почти полностью зависит от подъемной силы 3В, имеющих более высокую температуру, чем окружающий воздух. Поэтому повышение температуры и скорости выбрасываемых 3В приводит к увеличении подъемной силы и снижению их приземной концентрации . В условиях безветрия рассеивание 3В происходит, главным образом, под действием вертикальных тепловых потоков, вызываемых СВУА. Высокие  увеличивают разбавлящую роль атмосферы, что создает более низкие  в направлении ветра. При этом турбулентные вихри в атмосфере изгибаются, разрывают поток 3В и перемешивают его с окружающими воз-душными массами. Но с увеличением  уменьшается высота факела над устьем трубы, что способствует повышению . Поэтому введено понятие опасной  , при которой  имеет наибольшее значение. Чтобы этого избежать, скорость выброса 3В должна вдвое превышать опасную  на уровне горловины трубы.

Рис. 5.1. Распределение концентраций 3В в атмосфере при выбросе через высокую трубу: ИЗА - источник загрязнения атмосферы высотой Нт;  - угол раскрытия факела:  - максимальная концентрация 3В в приземном слое;  - концентрация ЗВ по Факелу выброса;I, II, II - зоны загрязнения (см. текст).

Данным закономерностям распределения 3В подчиняются газообразные вещества и пылевые частицы размером менее 10 мкм (см. ОНД-86). Для более крупных частиц эти закономерности нарушаются, так как скорость их осаждения возрастает под действием силы тяжести. Поэтому выбросы 3В через трубы предварительно очищаются от крупных частиц пыли в сухих пылеулавливающих устройствах (ПУ).

С методиками расчета параметров рассеивания студент может познакомиться в разделах 2 и 3 учебного пособия [2].

Таблица 5.2. Степени вертикальной устойчивости атмосферы (CBУА).

5.1.7 Методы очистки выбросов

Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различные методы очистки, используемые в соответствующих ПУ. Последние классифицируют по принципу очистки на четыре следующие группы.

1. Сухие ПУ - циклоны, радиальные, вихревые, жалюзийные и ротационные ПУ, пылеосадительные камеры. В циклонах различных типов под действием центробежных сил частицы пыли движутся по их стенке и попадают в бункер, а газовый поток поворачивает на 180° и через выходную трубу попадает в атмосферу. В радиальных ПУ отделение пыли от газового потока происходит при совместном действии гравитационных и инерционных сил, возникающих при поворота газового потока на 180°. В вихревом ПУ под действием центробежных сил, возникающих при закручивании потока, частицы пыли устремляются к его перефирии, а затем спиральными струями вторичного потока перемещаются к низу аппарата и в бункер. В жалюзийном ПУ отделение частиц пыли от газового потока на жалюзийной решетке происходит под действием инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на входе в решетку, и за счет эффекта отражения частиц от поверхности этой решетки при соударении. Затем обогащенный пылью газовый поток направляется к циклону для дальнейшей его очистки. В ротационном ПУ за счет вращения пылевого потока возникают центробежные силы, под действием которых взвешенные в воздухе частицы пыли размером более 5 мкм выделяются из него в радиальном направлении и поступают в бункер. В пылеосадительных камерах (без и с перегородками) и многополочных камерах используются гравитационный и инерционный механизмы осаждения пыли, т.е. обеспечивается медленное движение пылегазового потока, изменение направления движения этого потока или установка на его пути препятствий (перегородок или полок).

. Мокрые ПУ - скрубберы и барботеры, но чаще их называют газопромыватели. В них чаще всего используется вода в качестве орошающей жидкости. В зависимости от поверхности контакта или по способу действия газопромыватели подразделяют на виды:

1) полые форсуночные; 2) насадочные с поперечным орошением;

3) с подвижной насадкой, в качестве которой используются шары, кольца и т.д.; 4) тарельчатые (с провальными тарелками или тарелками с переливом); 5) ударно-инерционного действия (ротоклоны); 6) центробежного действия (циклон с водяной пленкой) и 7) скоростные (скрубберы Вентури и эжекторные). По затратам энергии мокрые ПУ подразделяют на низконапорные (гидравлическое сопротивление которых  Па) - форсуночные скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты и др.; средненапорные ( = 1,5...3000 Па) - динамические скрубберы, газопромыватели ударно-инерционного действия, эжекторные скрубберы высоконапорные ( > 3,0 кПа) - скрубберы Вентури, с подвижной насадкой. Эти ПУ представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения достаточно больших размеров.

В скрубберах различных типов осаждение частиц смачиваемой пыли на поверхность капель, пленку жидкости или зеркало воды происходит под действием сил инерции и броуновского движения или центробежных сил, возникающих при вращении пылегазового потока в аппарате. В барботерах пылегазовый поток поступает под решетку, проходит через ее отверстия и, барботируя через слой жидкости и пены, очищается от частиц пыли за счет осаждения ее частиц внутренней поверхности газовых пузырей, которые удаляются в шлакоотстойник.

3. Электрофильтры сухого и мокрого типов с одной или двумя зонами. В них процесс очистки пылегазового потока основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче зарядов ионов частицам пыли и осаждении последних на осадительных электродах. При этом важное значение на процесс осаждения пыли на электродах играет электрическое сопротивление слоев пыли, особенно для пыли с удельным электрическим сопротивлением  более  Ом-м. Поэтому в реальных условиях снижают  путем увлажнения пылегазовоздушного потока.

4. Фильтры, в которых процесс тонкой очистки состоит в задержании частиц пыли на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. По типу перегородки они бывают: с зернистыми слоями (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы, псевдоожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми перегородками (вязальные и тканевые сетки, прессованные спирали и стружка и др.); с полужесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.). По конструктивному признаку фильтры делят на рукавные, ячейковые (рамочные и каркасные) и рулонные (детально см. в учебнике [11]).

ПУ различных типов, включая и электрофильтры, применяют при концентрациях пыли  > 50 мг/ м3 , а фильтры - при  < 50 мг/м3. При значительных начальных  применяют систему последовательно соединенных ПУ и фильтров, т.е. двух- или трехступенчатую очистку выбросов. Выбор ПУ в первую очередь зависит от дисперсного состава частиц пыли, как приведено ниже, а также от других свойств пыли, требуемой степени очистки выбросов и, конечно, от стоимости данного ПУ.

Для очистки выбросов от газообразных веществ применяют следующие методы: 1) абсорбции; 2) хемосорбции; 3) адсорбции; 4) каталитический; 5) термический; 6) биохимический. Выбор метода очистки, а следовательно, и конструкции газоуправлявающего устройства зависит от концентрации извлекаемого компонента в отходящих выбросах, объема и температуры газа, наличия в газе других примесей, от требуемой степени очистки и возможности продуктов рекуперации.

Метод абсорбции состоит в промывке выбросов растворителями газовых веществ (например, водой, водными растворами химических веществ, вязким маслом и т.д.), которые поглощают один или несколько веществ из выброса и образуют концентрированный раствор с извлеченными газами. Последний затем подвергается регенерации или десорбции. Чем меньше насыщен раствор или применяемая жидкость (называют абсорбент), тем больше он поглощает газа (например, аммиака, хлористого или фтористого водорода и т.д.). В зависимости от конкретных задач применяют абсорберы различных конструкций (пленочные, насадочные, трубчатые и др.).

Метод хемосорбции состоит в промывке выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически. Хемосорбентами являются растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости. Они вступают в химические реакции с газами (например,  и т.д.) выбросов и образуют малолетучие и малорастворимые соединения. Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому этот метод выгоден при небольшой концентрации газов в выбросах. Хемосорбент затем подвергается десорбции.

Mетод адсорбции состоит в поглощении газовых примесей пористыми телами-адсорбентами, В качестве адсорбентов применяют активированный уголь, силикагель, синтетические цеолиты или молекулярные сита, т.е. вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. На них поглощенные молекулы газа удерживаются на поверхности твердых тел межмолекулярными силами притяжения (физическая адсорбция) либо химическими силами (хемосорбция). Адсорбенты подвергаются периодической регенерации. Адсорбция используется для очистки только сухих и незапыленных выбросов с невысоким содержанием газовых примесей (например,  и др.), в том числе и в автомобилях. Она проводится в адсорберах с неподвижным, движущимся и псевдосжиженным слоем сорбента.

Каталитический метод состоит в химическом превращении токсичных компонентов выбросов в вещества безвредные или менее вредные на поверхности твердых катализаторов. Последними являются металлы или их соединения (платина и металлы платинового ряда, оксиды меди, марганца и кобальта). Этот метод применяют для очистки газовых выбросов, в которых не содержатся пыли и катализаторные яды, а имеются оксиды азота, серы, углерода или органические примеси. Для очистки применяют реакторы различной конструкции, в тем числе и в автомобилях.

Термический метод состоит в высокотемпературном сжигании или термическом окислении выбросов, имевших легкоокисляемые токсичные и дурнопахнущие примеси. Выбор схемы сжигания или окисления зависит от температуры и количества выбросов, а также от содержания в них вредных примесей,  и других компонентов. Сжигание или окисление горючих примесей осуществляют в топках печей или котельных агрегатов, а также в факельных горелках. В итоге получают обезвреженные газы на выходе установки, в том числе и автомобиля.

Биохимический метод основан на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения в отходящих газах постоянного состава. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами под влиянием отдельных соединений или группы веществ, присутствующих в очищаемых газах. Этот метод реализуется в биофильтрах и биоскрубберах. В первых аппаратах очищаемый газ проходит через слой фильтра-насадки (почва, торф, компост и др.), орошаемой водой для создания необходимой влажности для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Биоскруббер - это абсорбер или скруббер, в котором орошавшей жидкостью (абсороентом) служит водяная суспензия активного ила. В нем улавливается абсорбентом вредные вещества, содержащиеся в очищаемых газах, и расщепляются микроорганизмами активного ила [11].

Сложный химсостав и высокие концентрации 3В промвыбросов заранее предопределяют многоступенчатые схемы газоочистки, представляющие собой комбинаций вышеназванных методов. Однако выбор метода или методов очистки определяется в конечном счете технико-экономическим расчетом, учитывающим также максимально возможное удержание вредных веществ, теплоты и возврат их в технологический процесс.

С методикой выбора и расчета средств по пылегазоочистке студенты знакомятся при изучении дисциплины “Строительная экология" или "Безопасность жизнедеятельности".

5.2 Защита водной среды от материальных загрязнений

5.2.1 Экологическая характеристика водной среды

Гидросфера - важнейший регулятор сбалансированности жизни на Земле. Водой покрыто до 71% поверхности планеты, ее общие запасы составляют 1,37 млрд.км3, 98% из которых приходная на моря и океаны, 1,24% - на ледники и 0,45% - на пресные воды рек, озер и болот. Вода (вся вода, находящаяся в водных объектах) является важнейшим компонентом ОПС, возобновляемым, ограниченным и уязвимым ПР. Они обеспечивают экономическое, социальное и экологическое благополучие населения, существование животного и растительного мира. Полный биотический круговорот воды занимает около 2 млн. лет, а это означает, что вся вода прошла через живое вещество не одну тысячу раз.

Хотя условия жизни в различных водных объектах весьма разнообразны, в сравнении с атмосферными они более стабильны. Так, диапазон изменений температуры в океане составляет всего  С (за исключением мест с термальными источниками).  в водной среде может резко изменяться из-за условий перемешивания, температуры и т.д. Поэтому для целого ряда водных растений и животных  становится лимитирующим фактором. Существенное значение для жизни в воде имеет концентрация водных ионов - рН, которая в наземных водных объектах может снижаться до 3,7...4,7 (кислые воды) или повышаться до 7,8 и более (щелочные воды). Между тем рыбы выдерживают рН только в диапазоне 5...9, а при рН = 10 и более погибают все водные животные.

Относительная стабильность условий жизни в водных экосистемах сказывается на видовом разнообразии флоры и фауны (в воде обитают всего 7% видов животных и 8% видов растений), на их морфологии и физиологии (отсутствие поддерживающих тканей у водных растений, сходные формы тела и двигательной активности у водных животных различных типов).

 

5.2.2 Водопользование и его виды

Использование воды для удовлетворения нужд населения и хозяйственной деятельности человека называется водопользованием, которое может осуществляться с изъятием вода из водоема (для питья, полива сельхозрастений и т.д.) и без ее изъятия (для транспортных целей, рыбного хозяйства, отдыха). При изъятии воды из источника водоснабжения она может быть полностью израсходована или потеряна (переход в конечный продукт производства, потери при испарении и т.п.). В этом случае говорят о безвозвратном водопользовании. Возможен и частичный возврат воды (например, в виде дренажных вод при поливе).

Различаются следующие виды водопользования: хозяйственно-питьевое (питье, приготовление пищи, водоснабжение предприятий пищевой промышленности), коммунально-бытовое (использование водных объектов в черте населенных пунктов для купания, спорта, отдыха и иных целей), промышленное, транспортное, ры-бохозяйственное, сельскохозяйственное и рекреационное (для водного спорта, туризма и т.д.). При рыбохозяйственном водопользовании выделяются водоемы высшей категории (охранные воды, нерестилища, места массового нагула и зимовальные ямы особо ценных рыб), первой категории (места обитания ценных рыб, чувствительных к содержанию ) и второй категории (объекты, используемые для всех других рыбохозяйственннк целей).

Потребность в воде для питья составляет 2...3 л в сутки на человека или 35...45 г на 1 кг веса. В районах с жарким климатом потребность в питье может увеличиваться до 6...12 л в сутки на человека. Потребность в воде для коммунально-битового использования определяется не столько требованиями физиологии и гигиены человека, сколько уровнем жизни, культуры, отношению к расходованию воды. В Москве на личные нужды 1 чел. расходуется 600 л воды a сутки, в Киеве - 300 л а в Лондоне и в Брюсселе при четкой организации платы за воду соответственно 170 и 85 л в сутки. В среднем же в РФ расход воды в сутки на 1 чел. в 1,5-2 раза меньше, чем в странах Запада.

Расходы воды на хозяйственные цели значительно выше, чем на непосредственные нужды человека: в промышленности в 7...9 раз. в сельском хозяйстве в 11...16 раз. В промышленности вода применяется в качестве непосредственного химического реагента и промышленного сырья (например, в реакциях гидролиза, при соединения или разложения воды в производстве серной, азотной, соляной и других кислот и т.п.), как среда для протекания тех или иных химических реакций (большинство химических реакций протекает в водных растворах), средство для поддержания в заданных пределах некоторых технологических параметров, компонента энергетических систем (вода - наиболее распространенный теплоноситель и ее расходы в крупных ТЭС исчисляются тысячами кубометров в сутки). Все более широкое применение находит вода в качестве средства для транспортирования сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и отходов. Велики удельные расходы воды на единицу продукции (производство 1 т стали требует 30 м3 воды, 1 т алюминия - 1500 м3 воды, а 1 т синтетического волокна - 3500 м3).

До середины 70-х годов в мире наблюдался непрерывный рост расхода воды на хозяйственные цели. При этом безвозвратное водопользование в промышленности увеличивалось в 2 раза за каждые 10 лет, а в сельском хозяйстве - в 1,5 раза.

Хотя на человека планеты приходится достаточное количество воды (используется не более 13% всего стока пресных вод), но непрерывное увеличение водопользования и неравномерность запасов воды (в РФ, например, в Прикаспии и Северо-Западном регионе) приводит в ряде мест к ее дефициту. Осложняет положение и возраставшее загрязнение водных объектов (см. ниже), из-за чего вода становится непригодной для некоторых видов водопользования.

На долю РФ приходится более 10% всего мирового стока пресных вод, а на 1 чел. - в 1,5 больше, чем в среднем на планете. Однако около 80% речного стока приходится на районы, где проживает всего 20% населения (Сибирь, Дальний Восток). Важнейшие сельскохозяйственные районы страны размещены в зоне неустойчивого (из-за засух) земледелия. Ряд крупных городов, и прежде всего Москва, уже испытывают недостаток в питьевой воде.

По данным водного кадастра РФ суммарный забор воды из природных объектов в 1995 г. составил 96,9 км3 (в 1994 г. - 96,2 км3), в том числе из бассейна р. Волга - 32%. Промышленностью было использовано 55,4%, сельским хозяйством - 26,0%, жилищно-коммунальным хозяйством (ЖKX) - 17.4% и транспортом - 1,2% этого водозабора. В промышленности наибольшими потребителями воды являются электроэнергетика (69,7%), машиностроение и металлообработка (7,7%), лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная (5,0%), химическая и нефтехимическая (4,0%) отрасли.

Тверская область имеет достаточные запасы пресной воды в многочисленных реках, озерах, болотах и водохранилищах. Однако областной центр нуждается в более качественной питьевой воде, которая к тону же в некоторые кварталы и микрорайоны города подается в недостаточном количестве. Неблагополучное положение сложилось и на водных объектах г. Удомли, где размещена КАЭС.

5.2.3 Виды и источники загрязнения водной среды

Под загрязнением воды понимают такое изменение ее состава и свойств, которое делает воду непригодной для одного или нескольких видов водопользования. Под засорением воды понимается накопление в ней посторонних нерастворимых предметов. Наиболее часто в РФ реки засоряются затонувшими деревьями (0,1...2,6% деловых бревен и 2,5...11% мелкой древесины), которые при гниении меняет физико-химические свойства воды, а потом и ее микрофлору. Затем исчезают ценные породы рыб и, в конечном счете, остаются практически мертвые отравленные реки, дно которых полностью покрыто затонувшим лесом.

В зависимости от характера загрязнений воды различают следующие их виды:

1. Сточные воды (СВ) и другие органические загрязнения, интенсивно поглощающие растворенный в воде . Основными загрязнителями являются предприятия пищевой промышленности, бытовые стоки населенных пунктов и предприятий, а также животноводческие хозяйства, особенно при их размещении рядом с водными объектами.

. Носители инфекций, источниками которых обычно являются бытовые стоки, кожевенные и мясные предприятия. Рост таких загрязнений приводит к многочисленным вспышкам желудочно-кишечных инфекций (38 в 1995 г. по РФ).

3. Вещества, являвшиеся субстратом для растений (к ним прежде всего относятся минеральные удобрения, которые смываются паводковыми и ливневыми водами с полей). Они вызывают бурное развитие водной растительности, "цветение" воды, снижение продуктивности рыбных хозяйств и т.п.

4. Органические соли и кислоты, включая пестициды, т.е. химические препараты для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур. Пестициды попадают в водоемы с полей после их применения, где накапливаются и концентрируются в пищевых цепях речных и озерных экосистем.

5. Твердые стоки, приносимые паводками и ливнями с полей и СВ целлюлозно-бумажных предприятий, а РФ известны опасные загрязнения такими сбросами воды в Байкале, Ладожском озере.

. Неорганические соли и кислоты, источниками которых являются промышленные и горнодобывающие предприятия. К ним относятся такие токсические элементы, как мышьяк, ртуть, свинец.

7. Нефтяные загрязнения (нефть и нефтепродукты).

Кроме того, существует радиоактивное загрязнение вод, о котором детально сказано в подразделе 5.6.

Перечисленные загрязнения создаются сбросами бытовых и производственных СВ, ливневых и паводковых вод с территории предприятий, населенных пунктов и транспортных магистралей, земель сельскохозяйственного назначения. Последний вид сбросов играет существенную роль в загрязнении вод нефтепродуктами, свинцом, пестицидами и минеральными удобрениями.

Общий объем СВ по РФ в 1995 г. составил 62,1 км3, из них 40% отнесены к категории загрязненных (в бассейне Волги соответственно 18 км3 и 37%). Основной объем СВ сброшен предприятиями ЖКХ (51%) и промышленности (35%). В водоемы РФ попало 784,6 тыс. т 3В, в том числе взвешенных веществ - 701,2 тыс т., фосфора - 38,1 тыс. т, соединений железа - 27.7 тыс. т и др. В итоге качество воды большинства водных объектов по-прежнему не отвечает нормативным требованиям. Наиболее распространенными 3В поверхностных вод РФ остаются нефтепродукты, фенолы, легко-окисляемые органические вещества, соединения металлов, аммонийный и нитратный азот. В России выявлено более 1400 очагов загрязнения подземных вод, из которых 82% расположено в Европейской ее части (районы городов Мончегорска, Череповца, Бала-ково и др. )

В 1995 г. произошло 14 аварий на объектах со СДЯВ. Они сопровождались экстремально высокими уровнями загрязнения поверхностных вод во Владимирской, Ивановской, Архангельской и других областях РФ.

В Тверской области, за исключением областного центра, отсутствуют крупные предприятия, что несколько уменьшает опасность загрязнений поверхностных вод. Тем не менее выше Твери загрязнение волжской воды нефтепродуктами составляло 2ПДК, железом - 2.2ПДК и медью - 5ПДК, а ниже Твери такие же концепции нефтепродуктов и железа. В районе г. Конаково уровень загрязнений еще выше - аммонийного азота 1,5ПДК, цинка 5ПДК и нефтепродуктов 5...7ПДК. Еще хуже качество воды в Кимрах, где помимо перечисленных загрязнений обнаружен азот нитратов - 2ПДК. В Рыбинском водохранилище в 1,5 раза больше ПДК содержалось фосфатов, в 70 раз больше аммиака и в 280 раз - органических веществ. Главным загрязнителем водных объектов области является ЖКХ, с очистных сооружений которого сбрасывается практически весь объем загрязненных СВ. Ему "помогают" Осташковский кожзавод, Тверские ТЭЦ - 3,4 и 1. Конаковская ГРЭС, стеклозавод "Индустрия" (Спирово) и Тверская мануфактура. На территории области в 1995 г. обнаружено 6 устойчивых очагов загрязнения подземных вод (г. Старица, пос. Редкино, г. Тверь, Кувшиново и Конаково) из-за негативного влияния соответственно промпредприятий и ЖКХ, шлаконакопителей редкинсного опытного завода и АО "Химволокно", складов пиритного огарка Каменской бумфабрики и водозабора Конаковской ГРЭС.

Загрязнения водной среды сказываются на состоянии здоровья населения. Только водными инфекциями во всем мире (по данным ВОЗ) ежегодно болеет около 500 млн. чел. Шистосоматозом (паразитарным заболеванием), распространяющимся через воду страдает около 200 млн. чел. Высокий уровень бактериального и вирусного загрязнения питьевой воды в РФ обуславливает постоянное неблагополучие по острым кишечным инфекциям и вирусному гепатиту А. В 1995 г. из-за этого произошло в РФ 38 эпидемических вспашек и пострадало 5545 чел.

Велик экономический ущерб от загрязнения воды. Помимо потерь, связанных с ухудшением здоровья населения, существенный урон от загрязнений несет рыбное хозяйство (исчезают ценные породы рыб, снижается продуктивность традиционных источников снабжения рыбой и т.п.). Увеличивается в 15...20 раз стоимость подачи и очистки питьевой воды. Особенно велики потери от загрязнения вод нефтью и нефтепродуктами. Ущерб природе и хозяйству от аварий крупных танкеров обычно оценивается сотнями миллионов долларов. Расходы на очистку воды исчисляются миллиардами, а программа США по защите воды до 2000 г, обойдется в 108 млрд. долларов.

 

5.2.4 Нормирование качества воды

Нормативы качества воды приведены в Санитарных правилах и нормах охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН 4630-88) [10] и Правилах охраны поверхностных вод (1991 г.). Нормы даны для воды хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного водопользования. В них использовано 5 групп показателей - органолептические, общесанитарные, санитарно-токсикологические, токсикологические и рыбохозяйственные. Последние 2 группы применяются только в местах рыбохозяйственного водопользования. С конкретными показателями каждой из групп студенты знакомятся при выполнении лабораторных работ [3].

С помощью органолептических показателей оценивают вещества, изменяющие цвет, запах и вкус воды, а общесанитарных показателей - вещества и свойства воды, влияющие на скорость протекания процессов самоочищения. Санитарно-токсикологические показатели характеризуют содержание ядовитых для человека 3В, а токсикологические - то же, но только для рыб. И, наконец, рыбохозяйственные показатели применяют для таких свойств водной среды, к которым рыбы чувствительны больше, чем человек (например, к повышенным температурам).

Санитарно-токсикологические и токсикологические показатели представляют собой ПДК нескольких сот 3В, ядовитых соответственно для человека и рыб. Следовательно, установлено два вида ПДК веществ в воде: гигиенический (для 1630 веществ) и рыбохозяйственный (для 704 веществ.). Их утверждают соответственно Госкомсанэпидемнадзор РФ и Роскомрыболовство.

Гигиенический ПДК вещества в воде - это максимальная концентрация индивидуального ЗВ в воде, выше которой вода не пригодна для установленного вида водопользования. При концентрациях равной или меньше ПДК вода остается такой же безвредной для всего живого, как и вода, в которой отсутствует данное вещество. Гигиенические ПДК веществ в воде базируется на подпороговых концентрациях 3В, при которых не наблюдается сколько-нибудь заметного изменения функционального состояния организма человека, определяемого современными методами. Рыбохо-зяйственные ПДК веществ в воде - эти такие максимальные концентраций веществ в воде, которые не вызывают гибели рыб и их кормовых организмов, не ухудшают товарных качеств рыбы, не обуславливают постепенную замену одних (более ценных) на другие (менее ценные) породы рыб и их кормовых организмов, т.е. не ухудшают рыбохозяйственной ценности водного объекта.

При отсутствии ПДК для 3В, содержащихся в воде, на стадии предупредительного контроле устанавливаются Госкосанэпидемнадзором РФ ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) содержания этих веществ в воде (пока для 116 веществ), разработанные на основе расчетных и экспресс-экспериментальных методов прогноза токсичности.

Оценка качества питьевой воды для каждого 3В или свойства ведется последовательно по всем группам показателей, т.е. вначале идет органолептическая оценка, потом проверяются общесанитарные характеристики и в конце - санитарно-токсикологические. Для каждого 3В определяются три разных ПДК, наименьшее из которых называется лимитирующим показателем вредности - ЛПВ. Например, для фенола ЛПВ будет органолептическим, так как фенол делает воду непригодной для питья из-за изменения ее вкуса и запаха при таком содержании, которое не представляет опасности для здоровья человека. Для цинка ЛПВ - общесанитарный, а для свинца, мышьяка и ртути - санитарно-токсикологический.

При одновременном использовании водоема в рыбохозяйственных целях и в качестве источника хозяйственно-питьевого водопользования выбор ЛПВ идет по всем 5 группам показателей. При этом ПДК для ряда 3В в случае хозяйственно-питьевого водопользования выше, чем для рыбохозяйственного. Соответственно ЛПВ для таких веществ будет токсикологическим, а не санитарно-токсикологическим. Примеры ЛПВ и ПДК некоторых 3В представлены в табл. 5.5.

Таблица 5.5. ЛПВ и ПДК некоторых веществ для различных видов водопользования

При наличии в воде нескольких ЗВ с одинаковыми ЛПВ их совместное действие учитывается по правилу

 (5.4),

где  - концентрация вещества в воде, мг/л.

Санитарные требования к питьевой воде следующие: выраженность запахов и привкусов не должна превышать 2 баллов; на воде не должно быть каких-либо пленок и пятен масла; ее температура не должна превышать среднемесячную температура самого жаркого месяца за последние 10 лет более чем на 3 С; допустимый диапазон pН 6,5...7,5; содержание свободного , в пробе, взятой в 12 ч, не менее 4 мг/л, БПКпол - 3 мг/л, ХПК - 1,5 мг/л. Недостатком приведенной системы нормирования является необходимость одновременного учета большого числа частных показателей. Поэтому во всем мире идут интенсивные поиски интегральных показателей качества воды и ее загрязненности. Наиболее перспективными из них представляется абсолютный показатель общей нагрузки, который рассчитывается только для консервативных, т.е. не распадающихся в процессе самоочищения веществ.

Кроме того, правилами охраны поверхностных вод установлен технический норматив для водопользователя. Им является предельно допустимый сброс (ПДС) вредных веществ в водный объект с СВ.

ПДС - это масса вещества в СВ, максимально допустимая к отведении с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контролируемом створе (см. ниже) или неухудшения сформировавшегося качества воды, если оно не хуже нормативного. Он устанавливается для каждого сброса СВ и каждого контролируемого ЗВ в этом сбросе на основе расчета. При этом учитывают фоновые концентрации контролируемых 3В, категории водопользования, нормы качества воды в водном объекте, его ассимилирующие способности и оптимальное распределение между водопользователями массы ЗВ, сбрасываемых с СВ. Поэтому такой расчет, как правило, проводят одновременно для всех водопотребителей речного бассейна или водохозяйственного участка с рассмотрением взаимного влияния выпусков СВ при максимальных (среднечасовых) их расходах за фактический отрезок времени.

Действующие предприятия-водопользователи, сбрасывающие СВ с превышением установленных ПДС, обязаны разрабатывать и согласовывать с местными органами власти (администрация города или района) и Госкомэкологией РФ (Тверьоблкомприрода 5 планы мероприятий по достижении в нормативные сроки ПДС, обеспечение в полном объеме финансовыми я материально-техническими ресурсами. На период реализации этих планов предприятиям выдаются Тверьоблкомприродой временные разрешения, в которых указываются лимиты сброса 3В, временно согласованный сброс (ВСС) веществ со стоками. Лимиты, ВСС (предельная масса ЗВ на год) устанавливаются по наилучшим результатам, которые могут быть достигнуты на данном предприятии при наличии и эффективной работе существующих систем оборотного водоснабжения (см. ниже), очистных и других водоохранных сооружений. Они периодически пересматриваются Тверьоблкомприродой в сторону уменьшения по мере выполнения отдельных этапов плана водоохранных мероприятий в нормативные сроки. При невыполнении плановых объемов работ или превышение лимитов, ВСС веществ с СВ к предприятию и его должностным лицам применяются соответствующие санкции (см. подраздел 6.4 и раздел 7).

 

5.2.5 Контроль качества воды и регламентация спуска СВ в водоемы и канализацию города

Контроль за состоянием водных объектов осуществляют как водопользователи, так и органы госконтроля - Госкомэкология РФ, Росгидромет через ЕГСЭМ, Госком-санзпидемнадзор РФ, Роскомрыбоводство, их местные органы. Водопользователи организуют для этого лаборатории, а мелкие предприятия - межведомственную лабораторию. Водоснабжающие службы городов или крупных регионов создают также свои лаборатории и автоматизированные системы наблюдения и контроля за состоянием воды в городах или промзонах. Такая сеть наблюдений, сбора, обработки и управления за состоянием водных объектов в РФ составляет систему водного мониторинга ЕГСЭМ (см. подраздел 4.3). Санитарно-гигиеническое состояние воды в пределах населенных пунктов также контролируется CЭC города или района.

При наблюдении и контроле за водными объектами оцениваются уровень и динамика их загрязнений, изучаются закономерности самоочищения водоемов и выноса 3В из них. Периодичность и правила отбора и анализа проб воды определяются ГОСТ 2874-82. Пробы отбирают не реже 1 раза в месяц, а на водотоках и водоемах, имеющих особо важное народнохозяйственное значение, при наличии сброса загрязненных стоков - ежедекадно. Места забора проб согласовываются с СЭС. На водотоках заборы проводятся обычно на 3 контрольных створах. Первый (фоновый) створ располагается на 1 км выше источника загрязнения (потребления), второй створ вблизи (не далее 500 м) сброса СВ, а третий - в месте достаточного (не менее 80%.) перемешивания СВ с водами реки. На предприятиях не реже, чем 1 раз в десять дней контролируется состав исходных и очищенных СВ, а также в местах водозабора данного предприятия.

При контроле качества воды определяются органолептические показатели, рН и температура воды, содержание в ней , БПК и ХПК, а также концентрации 3В. В настоящее время органы контроля за качеством воды оснащаются автоматическими автономными системами контроля, которые без участия человека отбирают пробы, делают экспресс-анализы и выдают информацию на ЭВМ. Оценка качества воды в водоеме является основным условием для выдачи разрешений на сброс СВ. Такие разрешения даются с учетом наихудших условий разбавления стоков. Полностью запрещен сброс вод, содержащих возбудители инфекционных болезней и ненормированные вещества или вещества с токсическими свойствами. Также запрещается сброс бытовых и производственных СВ в заповедные воды. При сбросе стоков в водоемы, расположенные в пределах населенных пунктов, они должны быть очищены до уровней, предусмотренных нормами для коммунально-бытового водопользования. При сбросе производственных и хозяйственных стоков в городскую канализации ПДС не устанавливается, а технические условия на сбросы определяются управлениями канализационного хозяйства города. В соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-85 такие стоки не должны содержать более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ, а также веществ, способных засорять трубы или отлагаться на стенках труб. Стоки не должны разрушать сооружения канализации, содержать горючие примеси и вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси и т.п.

 

5.2.6 Основные направление защиты водной среды

Рост водопотребления в промышленности и сельском хозяйстве наряду с масштабными загрязнениями водоемов делают актуальной разработку мероприятий по защите водной среды и ограничении потреблении воды в хозяйственных целях.

Сокращение потребления воды в промышленности обеспечивается следующими путями:

) разработкой новых технологических процессов, характеризующихся значительным сокращением потребления исходной воды и образования загрязненных, стоков вплоть до полного исключения вода из технологических операций;

2) проведением локальной обработки СВ от отдельных производственных узлов с утилизацией ценных компонентов и подготовкой воды к повторному использованию;

3) организацией систем оборотного водоснабжения, включавших использование паводковых вод и атмосферных осадков, отводимых с территории предприятия;

4) формированием территориально-производственных комплексов, ориентированных на мало- и безотходные технологии за счет создания внутри них замкнутой структуры материальных потоков сырья, воды, продукции и отходов.

Резервы сокращения водопотребления за счет перечисленных направлений используются мало. Так, например, кратность использования воды в легкой промышленности всего около 1, в теплоэнергетике и при производстве бумаги - около 2, в пищевой и угольной промышленности - немногим более 3, в химической и перерабатывающей промышленности - 5...7. Поэтому необходимо добиваться в каждом производстве резкого сокращения безвозвратных потерь воды, предел которого равен 2…8%.

Существенные резервы сокращения водопотребления имеются в сельском хозяйстве. До 1993 г. бесплатное обеспечение водой для полива сельсхозкультур приводило к нерациональному расходу воды и засолению почв. Немало воды теряется в оросительных каналах за счет фильтрации, незначителен возврат воды на технологические нужды (до 50% составляют потери при отдаче воды обычными ирригационными системами, до 30% - при подаче в каналах, облицованных водонепроницаемыми материалами, и 10% -при подаче трубами).

Несмотря на то, что потребление воды в быту в нашей стране в 1,5 - 2 раза меньше, чем в развитых странах Запада, и здесь имеется громадные резервы ее экономии. В РФ полностью отсутствует учет количества потребляемой населением воды, не установлены счетчики израсходованной воды, исключительно велики потери (около 8 км3 в 1995 г.) из-за неисправностей водопроводных внешних сетей и арматуры. За счет устранения изношенности сетей и усовершенствования арматуры можно сэкономить более 20% подаваемой воды потребителям (20 км3).

Водный кодекс РФ (1995 г.) предусматривает наличие водоохранной зоны у каждого водного объекта. Ее роль - поддержание водных объектов в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, и предупреждение их загрязнения. Водоохранная зона - это территория, примыкающая к акватории водного объекта, на которой устанавливается специальный режим использования и охраны ПР и осуществления иной хозяйственной деятельности. Минимальная ширина этих зон установлена Правительством РФ:

) для рек - от среднемноголетнего уреза воды в летний период при длине реки от истока до 10 км - 15 м; от 11 до 50 км - 100 к; от 51 до 100 км - 200 м; от 101 до 200 м - 300 м; от 201 до 500 км - 400 м; свыше 500 км - 500 м; 2) для озер - от среднемноголетнего уреза воды в летний период, а для водохранилищ - от уреза воды при нормальном подпорном уровне при площади акватории до 2 км2- 300 м, более 2 км2 - 500 м. Для уникальных озер и водохранилищ эта ширина другая: озеро Селигер - 2 км, Иваньковское водохранилище - 3 км, Вазузовская водосистема - 1 км, а Вышневолоцкая - 500 м. Водоохранные зоны водных объектов, являющихся источниками питьевого водоснабжения или местами нереста ценных видов рыб, объявляются особо охраняемыми территориями.

В пределах водоохранных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы. В них запрещается распашка земель, рубка и корчевка леса, размещение животноводческих ферм и лагерей, применение удобрений и т.д. Они, как правило, заняты древеснокустарниковой растительностью или укреплены травяным покровом (залужены) для подавления почвенной эрозии. Водный кодекс РФ допускает в этих полосах размещение объектов водоснабжения, рекреации рыбного и охотничьего хозяйств, а также водозаборных, портовых и гидротехнических сооружений при наличии лицензии на водопользование. Ширина прибрежных защитных полос водо-охранных зон зависит от крутизны берега и вида угодий, прилегающих к реке, озеру или водохранилищу. Так, для пашен она может быть от 15 до 100 м; лугов и сенокосов - от 15 до 50 м; лесов и кустарников - от 35 до 100 м. Для рек длиной до 10 км от истока прибрежная защитная полоса совмещается с водоохранной зоной.

В водоохранной зоне также запрещается: проведение авиационно-химических работ; применение ядохимикатов; использование навозных стоков на удобрение; размещение складов ядохимикатов, минудобрений и горючесмазочных материалов; мест захоронения; складирование навоза, мусора и отходов производства и потребления; вырубка лесов (кроме санитарных и лесовосстановительных рубок) и т.д.

СН 2640-82 [10] предусматривают зоны санитарной охраны (ЗСО) у источников питьевого водоснабжения, а вдоль водоводов - санитарно-защитные полосы. ЗСО организуются в составе трех поясов: первый пояс (пояс строгого режима должен быть огражден и иметь постоянную охрану) включает территорию расположения водозаборов и всех водопроводных сооружений; второй и третий пояса (пояса ограничений) включают территории, предназначенную для охраны от загрязнений этих источников. В этих поясах и в пределах санитарно-защитной полосы устанавливается специальный режим и определяется комплекс мероприятий, исключающих возможность ухудшения качества питьевой воды.

Границы поясов ЗСО регламентируют СН 2640-82 [10] в зависимости от типа источника водоснабжения (подземный или поверхностный), природных, климатических и гидрологических условий. Так, граница первого пояса ЗСО должна быть: 1) для подземного источника - не менее 30 или 50 м от водозабора при использовании защищенных или недостаточно защищенных подземных вод;

2) для рек и каналов - не менее 200 м вверх по течении и не менее 100 м вниз по течении, по прилегающему и в направлении к противоположному берегу от водозабора; 3) для водохранилищ и озер - не менее 100 м от водозабора по акватории во всех направлениях. Границы второго и третьего поясов ЗСО определяются по СН 2640-82.

Ширина санитарно-защитной полосы (по обе стороны от крайних линий водовода) устанавливается: а) при отсутствии грунтовых вод - не менее 10 м при диаметре водоводов до 1 м и не менее 20 м при диаметре водоводов более 1м: б) при наличии грунтовых вод - не менее 50 м вне зависимости от диаметра водовода.

Водным кодексом РФ рассмотрены и другие аспекты использования и охраны водных объектов, названы участники водных отношений (РФ, ее субъекты, муниципальные образования и водопользователи) и их права, обязанности, по предупреждении и устранению загрязнения этих объектов и определены органы исполнительной власти (в РФ - Правительство и Роскомвод; в субъектах РФ -Администрация и местный орган Роскомвода), осуществляющие госуправления в области использования и охраны водных объектов.

 

5.2.7 Методы очистки СВ

Правилами охраны поверхностных вод запрещен сброс неочищенных СВ. Их очистка заключается в обезвреживании (т.е. удалении вредных веществ, попадание которых в водоемы может сделать воду непригодной к одному или нескольким видам водопользования) и обеззараживании (т.е. в проведении санитарно-технических мероприятий по уничтожению в воде возбудителей инфекционных заболеваний химическими и физическими способами). Обеззараживание СВ может потребоваться на предприятиях кожевенной и пищевой промышленности, а во всех других отраслях очистка СВ сводится к их обезвреживании. При этом очистка применяется, когда

экология биосфера народонаселение загрязнение

 при , (5.5)

где  - фактическая концентрация ЗВ в воде, мг/л;  - расчетная (допустимая) концентрация ЗВ в водном объекте, мг/л;  - концентрация i-го вещества в СВ, мг/л; - фоновая концентрация i-го вещества в водном объекте, мг/л.

Если , то  (5.6)

где n - требуемая степень очистки СВ или кратность разбавления СВ чистой водой. С методикой расчета n студенты могут познакомиться в разделе 6 учебного пособия [2]. В настоящее время кратность разбавления СВ колеблется от 5 до 20, что усиливает потребность пресной воды в тех регионах, где игнорируют разработанные и широко применяемые методы очистки СВ.

Детальная характеристика систем очистки СВ применительно к конкретным отраслям промышленного производства дается в дисциплине "Инженерная экология" или "Строительная экология", или "Безопасность жизнедеятельности" (частично). Поэтому приводим лишь краткую характеристика методов очистки от ЗВ в воде.

При очистке СВ должна соблюдаться определенная последовательность в применении методов очистки. Вначале сбрасываемые СВ очищаются от взвесей и дисперсно-коллоидных частиц (механическая очистка). Потом применяются методы физико-химической и химической (реагентной) очисток. Для удаления высокотоксичных примесей в СВ используются электрохимические методы, а при особо вредных примесях может применяться термическая обработка. Для очистки бытовых стоков чаще всего применяются биологические методы.

Взвешенные частицы удаляются из воды процеживанием, отстаиванием и фильтрацией. При процеживании (первичной стадии механической очистки СВ), с помощью решеток, сит и фрикционаторов удаляются крупные нерастворимые примеси размеров до 25 мм. При отстаивании или медленном расслоении жидкой дисперсной системы на составляющие ее фазы идет постепенное осаждение грубых дисперсных примесей; кинетика отсеивания представлена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Типичная динамика осаждения грубых дисперсных примесей.

Продолжительность отстаивания устанавливается в зависимости от требуемой степени очистки от данного вида примесей.

Тонкодисперсные примеси небольшой концентрации удаляются с помощью фильтров, т.е. пористых перегородок, пропускающих жидкость, но задерживавших твердые частицы.. Различаются зернистые (песок, уголь, и т.д.) и гибкие (сетка, бумага и т.п.) фильтры.

С помощью физико-химических методов удаляются токсические вещества и обеспечивается более высокая степень очистки. Всего применяется более 10 физико-химических методов очистки, важнейшими из которых являются флотация и адсорбция. Флотация применяется для удаления нерастворимых диспергированных примесей, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и т.д. Она не требует сложной аппаратуры и больших затрат. Удаление частиц примесей обеспечивается за счет их прилипания к пузырькам воздуха, образующихся при вакуумировании раствора, или резкого уменьшения его давления в емкости, при механическом диспергировании турбинами насосного типа, при химических реакциях (например, в реакциях с выделением ) и в биологических процессах.

Адсорбционная очистка СВ применяется при небольших концентрациях вредных примесей, главным образом, органических соединений (пестицидов, гербицидов), а также фенолов, ПИВ и т.п. В качестве адсорбентов используется активированный уголь, зола, шлаки, опилки. Как правило, в установках адсорбции используются несколько последовательных слоев адсорбента, генерация которых осуществляется нагревом до температуры 200…800°С.

Рис. 5.3. Типичные изотермы адсорбции

Типичные изотермы адсорбции или линии, показывающие связь между количеством адсорбированного вещества (Q), давлением (Р) и температурой очищаемых стоков (t) представлены на рис. 5.3.

Для избирательной очистки ряда токсических примесей применяют более сложные и дорогостоящие физико-химические методы: ионообменную очистку, обратный осмос, ультрафильтрацию и т.п. Химические и электрохимические методы очистки СВ включают в себя нейтрализацию агрессивных стоков (стоки считаются неагрессивными при рН = 6...6,5 и рН = 8...9; сильно агрессивными при рН < 6 и рН > 9), добавление химических реагентов, фильтрации через нейтрализующие мембраны и хемосорбцию, т.е. поглощение вещества поверхностью хемосорбента в результате химических реакций. Нейтрализация обеспечивается смешением кислых и щелочных СВ, добавлением кислых или щелочных реагентов, фильтрацией кислых стоков через известняк, мрамор или доломит.

Биологическая очистка основана на способности ряда микроорганизмов, главным образом бактерий, разрушать содержащиеся в СВ загрязнения органического происхождения. Наибольшая эффективность биологической очистки достигается при температурах 20...30°С, рН среды 6,5...7,5, достаточном обеспечении микроорганизмов биогенными элементами и отсутствии токсических веществ, влияющих на данные организмы (установлены ПДК веществ, не оказывающих отрицательного влияния на работу биологических очистных сооружений). В таких сооружениях биомасса может находиться в СВ в свободном состоянии или может быть закреплена неподвижно в так называемых биофильтрах, через которые проходят очищаемые СВ.

В последние годы широко применяется ряд новых перспективных методов очистки СВ. К ним относится применение вместо обычных окислителей озона (способного разрушать многие примеси в водных растворах при обычной температуре), ускоренных электронов (вызывающих радиолиз токсических компонентов) и низкотемпературной плазмы (), т.е. ионизированного газа с равными концентрациями положительных и отрицательных зарядов, а также мембранной технологии и т.п.

 

5.2.8 Оборотное водоснабжение предприятий

- это такое водоснабжение, при котором СВ после их очистки вновь используются в технологических процессах данных предприятий. Оно является наиболее перспективным способом уменьшения водопотребления в промышленности. Прогнозируемый в 70-х годах XX века неизбежный кризис из-за резкого увеличения водопотребления промышленности (примерно в 2 раза за каждые 10 лет) и вызываемые возрастающим сбросом СВ экологические последствия (например, было подсчитано, что сброс теплых промышленных стоков способен к 2000 году поднять температуру поверхностных вод CША до 35-40°С) оказались несостоятельными уже к 1983-1985 гг. Причина - повсеместный ввод в строй систем оборотного водоснабжения. В итоге забор воды на нужды промышленности не только перестал увеличиваться, но и начал постепенно снижаться. Преимущественное использование систем оборотного водоснабжения приписывается и Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН 4630-88).

Общая схема современного оборотного водоснабжения промпредприятия представлена на рис. 5.4.

Забираемая из источника водоснабжения (открытых водоемов - рек, озер, водохранилищ и скважин подземных вод) после механической очистки (фильтрации) вода подается на предприятие. При этом возможна подача воды для различных видов пользования - питьевого, технического, технического деминерализованного и т.д. с соответствующей предварительной обработкой (например, питьевая вода обеззараживается хлорированием). Основным принципом построения системы оборотного водоснабжения является четкое разделение стоков и организация самостоятельных рециклов обработанной воды с локальными очистными установками. На рис. 5.4 представлены только основные виды стоков предприятий. К ним, во-первых, относятся нагретые незагрязненные стоки (главным образом на предприятиях химической промышленности и энергетики), которые после их охлаждения в градирнях могут прямо подаваться в систему водоснабжения предприятия. Вторую

группу стоков представляют условно-чистые и дождевые стоки, которые могут подаваться на последний этап очистки. Для третьей группы загрязненных стоков требуются специфические в каждом конкретном случае методы и средства очистки. На предприятиях нередко используются локальные оборотные системы водоснабжения (например, системы водоснабжения окрасочных установок, гальванических цехов и т.п.). Последняя, четвертая группа стоков - бытовые стоки, поступающие вместе с частично очищенными водами (пятая группа), т.е. с прошедшими локальные средства очистки загрязненными стоками, в станцию биохимической очистки. Завершающим элементом системы оборотного водоснабжения является станция доочистки или дополнительной очистки общего стока для его возврата в производственный водооборот.

Рис. 5.4, Схема оборотного водоснабжения промпредприятия: 1 - локальные средства нейтрализации и очистки; 2 - станция биохимической очистки; 3 - станция доочистки; 4 - градирни; а - нагретые незагрязненные стоки; б - условно чистые и дождевые стоки: в - загрязненные стоки; г - частично очищенные стоки; д - бытовые стоки

Данная схема оборотного водоснабжения (рис. 5.4) носит самый общий характер и не отражает ряда существенных элементов, характерных для любой такой системы. К таким элементам относится механическая очистка, с которой может начинаться круговорот любого из 5 представленных на рис. 5.4 видов производственных стоков. На схеме не показаны безвозвратные потери воды, которые включают воду, входящую в конечный продукт производства, воду, теряемую с испарением, и т.д. Однако доля безвозвратного водопотребления в промышленности невелика и составляет 5…10% от объема водозабора, а в теплоэнергетике всего 0,5...2%. Следует также учитывать, что не все представленные на схеме элементы должны обязательно присутствовать в любой системе оборотного водоснабжения. Так, особенно много нагретых незагрязненных стоков на предприятиях химической промышленности и теплоэнергетики, но они могут совсем отсутствовать на некоторых машиностроительных предприятиях. Наибольшее значение имеют дождевые и паводковые воды для горнорудных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, но они могут совершенно не учитываться в других отраслях промышленности.

В целом системы оборотного водоснабжения резко сокращают потребление воды предприятиями и практически исключают загрязнение поверхностных вод. Кроме того, осадки, образующиеся при очистке СВ, могут явиться основой для получения ценной товарной продукции (азотных и органических удобрений, товарного сульфата натрия и т.п.).

5.3 Охрана почв и земель

5.3.1 Экологическое значение почв

Под почвой понимается обладающий плодородием поверхностный слой земли, сформировавшийся под воздействием воздуха, воды и живых организмов. Земля представляет собой более широкое понятие, которое применяется для обозначения нашей планеты, сухопутной части ее поверхности, отдельных участков суши (земли) и т.п. Сравнительно часто слово "земля" используется как социально-экономический термин, обозначающий одно из средств производства, а для сельского и лесного хозяйства - главное средство производства. Земля является пространственной базой строительства, местом размещения предприятий и кладовой полезных ископаемых. Главное же назначение земли - создание основы для сельскохозяйственного производства. обеспечивающего человечество продуктами питания.

На планете плодородных земель всего 6%, остальные длясельскохозяйственного производства или совершенно непригодны (15%), или требуют существенных капитальных вложений (24%). Из почти 15 млрд.га пригодных к использовании в сельском хозяйстве земель 28% занято лесами, 17% - лугами и только около 10% пашней. Больше всего земли на душу населения приходится в РФ, США, Канаде и Китае. Земельный фонд (ЗФ) РФ на 01.01.96 г. поставил 1,71 млрд.га, из них 13% - сельхозугодья, а пашни только ?,6% от ЗФ или 0,88 га на 1 чел. В 1995 г. сократились площади сельхозугодий в РФ на 1,23 млн.га, а пашен - на 1,26 млн.га.

Почва как среда обитания живых организмов обладает рядом специфических свойств, основным из которых является ее плодородие. Плодородие зависит от физических характеристик почвы и ее химического состава. В почвах различают твердую, жидкую и газообразную фазы. Существенное значение для твердой фазы имеет содержащиеся в ней органические вещества, главным образом, в форме гумуса, состоящего из высокомолекулярных продуктов разложения остатков растительных и животных организмов. Чем выше содержание гумуса (а оно может достичь 20% от массы твердой фазы), тем плодороднее почва. В почвенной влаге содержатся необходимые для питания растений растворимые соли и питательные вещества. Газообразная фаза занимает 40...60% объема почвы (у торфа - 90%), содержание О2 в ней с глубиной уменьшается с 21 до 11%, а СО2 наоборот возрастает - с 0.03 до 3%. Почва со-держит практически все элементы, необходимые для жизни: она обеспечивает растения питательными веществами и водой.

Почва необычайно богата популяциями живых организмов. Микроорганизмы почвы являются главными редуцентами подавляющего числа экосистем. Именно они разлагают остатки растительных и животных организмов, обеспечивая минерализацию, а, следовательно, и доступность для растений биогенных элементов, и образование гумуса, который является определяющим фактором плодородия почвы. Вторую группу популяций образуют более высокие формы жизни (черви, насекомые и т.п.). Количество только дождевых червей может достигать 300 особей на 1 м2 . К третьей группе относятся животные, часть жизни которых обязательно проходит в почве, (большое число видов жуков, саранча и т.п.) или тех животных, которые используют почву в качестве укрытия, жилья и т.п. (например, полевые мыши). Высокое содержание органических веществ в почве и их насыщенность живыми организмами позволили В.И. Вернадскому назвать почвы особым компонентом биосферы - биокосным веществом (см. подраздел 2.1). Почвы и ее экосистемы играют важную роль в функционировании всей биосферы в целом. Они являются средой обитания для редуцентов, обязательного компонента почти каждой экосистемы и участвуют практически во всех видах круговорота веществ. Развивающийся в наше время парниковый эффект объясняется не только увеличением выбросов СО2 и уменьшением лесов, но и деградацией почвенных сообществ, утилизирующих СО2, в условиях широкого распространения современных агроэкосистем.

От состояния почв зависит уровень сельскохозяйственного производства. Оно может и непосредственно влиять на здоровье человека, так как в почве могут содержаться РВ, возбудители опасных болезней (например, газовой гангрены и столбняка). Оценка санитарного состояния почв проводится по токсикологическим характеристикам, органолептическим показателям выращен- ных растений и культур и по воздействии изучаемого вещества на способность почвы к самоочищению. Как при оценке санитарного состояния воды выбирается минимальная концентрация вещества (т.е. оценка идет по ЛПВ). Однако чаще применяется оценка по санитарному числу, т.е. содержанию белкового азота в граммах в 100 г сухой почвы. При значениях санитарного числа 1...0,98 почва считается чистой. 0,98...О,85 - мало грязной. О,8...0,7 - грязной и ниже 0,7 - сильно грязной.

 

5.3.2 Антропогенные воздействия на почвы

Почвы относят к природным объектам, которые формируются очень медленно (для увеличения толщины почвы на 2...2,5 см нужно около 100 лет), а разрушаются быстро. Можно выделить следующие формы нарушения плодородия почвы.

1. Аридизация (опустынивание, превращение в пустыню) плодородных сельскохозяйственных земель вследствие нерационального ведения хозяйства (например, в 60-х годах XX века в Сахаре) или грубых экологических просчетов (например, на Арале в наше время), Аридизация, как правило, приводит к громадному экономическому ущербу, появлению сотни тысяч и миллионов экологических беженцев (их общее число в мире в настоящее время уже превысило 10 млн.чел.).

2. Эрозия почв, под которой в широком смысле понимается потеря почвенного плодородия вследствие разрушения почвы и выноса из нее питательных веществ, необходимых для роста растений. Причинами эрозий являются нерациональное земледелие (преобладание монокультур, отказ от севооборотов и т.п.), применение механики, нарушающей структуру почвы, бесконтрольная вырубка леса, неумеренный выпас скота. Различается несколько видов эрозии: а) ветровая - из почв с нарушенной мелкокомковатой структурой выдувается верхний наиболее плодородный слой (например, в 1971 г. на Кубани во время "черных" бурь было снесено 7 см верхнего слоя почвы) и наблюдаются смерчи, поземки и бури: б) водная - может быть плоскостной (поверхностный смыв почвы) и линейной, когда пахотные земли прорезаются оврагами глубиной до 100 м, длиной в десятки километров и скоростью распространения до 100 м/год. За последние 10 лет ежегодная площадь оврагов на территории РФ увеличивалась на 8-9 тыс.га;

в) техническая - вызвана применением мощных машин, разрушением дернового слоя при строительстве. При этом чаще всего страдают бедные почвы тундры и тайги, формирование которых протекает особенно медленно; г) пастбищная - характерна для скотоводческих районов Калмыкии, Бурятии. Эрозия почвы отличается большими масштабами (всего за 100 лет в мире поражено эрозией 17% пашни), резким снижением продуктивности почв (в среднем на 25%). В 1995 г. эрозионной опасности подвержено более 117 млн.га 63%) сельхозугодий РФ, в том числе 25% уже эродированных. Каждый третий гектар пашни и пастбищ нуждается в осуществлении мер защиты от процессов эрозийной деградации.

3. Загрязнение и засорение земель отходами производства и потребления и в результате аварий на нефтепроводах. В РФ занято 54 тыс.га земель хранилищами, полигонами и свалками, где накоплено 1,4 млрд.т отходов производства и потребления (состояние на 01.01.96 г.). На предприятиях РФ в 1995 г. образовалось 89,9 млн.т токсичных отходов, в том числе I класса опасности - 0,16 млн.т, II класса - 2,2 млн.т, III класса - 8,7 млн.т и IV класса - 78,8 млн.т. При этом использовано в собственном производстве 37,8% и полностью обезврежено только 7,2% от всех промотходов. В 1995 г. техногенному влиянию подвержено 2,3 млн.га сельхозугодий РФ, в том числе 90% атмосферными загрязнителями (SO2, пыль и соединения фтора) и 10% загрязнителями почв (медь, свинец, цинк, никель, кадмий и другие тяжелые металлы). В итоге около 17% проб почвы не отвечали санитарным нормам. При этом наибольшее их количество имело место в зоне влияния предприятий и транспортных магистралей (28,3%), в селитебной зоне (15,7%) и в местах производства растениеводческой продукции (9,1%). Это способствовало загрязнении выращиваемой и производимой пищевой продукции. В 1995 г. зарегистрировано 8666 пищевых отравлений и массовых неинфекционных заболеваний, из них 67,7% бактериального происхождения и 17,5% вызвано отравлениями ядовитыми грибами.

Загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в РФ является одной из крупных экологических проблем из-за ежегодных аварий - более 20 крупных аварий на магистральных и около 40 тыс. аварий на внутрипромысловых нефтепроводах.

4. Засоление или накопление солей натрия, кальция и магния в верхних слоях почвы в концентрациях, недопустимых для нормального роста и развития растений. Засоление почвы может быть вызвано ветровым переносом соленой пыли с морей, вымыва-нием и сносом их в низины, атмосферными осадками и т.п. Более частой причиной засоления почв является подъем грунтовых вод при увеличенных нормах полива до критической глубины их залегания, с которой они могут подниматься по капиллярам до поверхности почвы. Эта критическая глубина составляет 1...3 м. Даже слабое засоление снижает урожайность в 2 раза.

5. Затопление плодородных земель. Экологически необоснованное неумеренное гидростроительство в Волжском бассейне затопило около 4 млн.га плодородных земель, что привело к недобору зерновых в бассейне Волги около 30 млн.т.

6. Нарушение земель добычными и геологоразведочными работами, а также при строительстве крупных объектов. В РФ площадь нарушенных земель равна 1.14 млн.га, из них 60% нарушено в процессе добычи полезных ископаемых и геологоразведочных работах и около 21% - при торфоразработках. В 1995 г. было нарушено 83,4 тыс.га земель, в том числе при добыче полезных ископаемых, их переработке и геологоразведочных работах - 61%, торфоразработках - 27%, строительстве - 27%. Заболачивание сельхозугодий в Нечерноземной зоне или их иссушение в аридной из-за непроведения мелиоративных и культурно-технических работ вследствие финансовых трудностей в России.

Помимо перечисленных причин потери земель, в Тверской области большие потери пашни были обусловлены компанией по выселению людей из неперспективных деревень. При этом было потеряно больше пашни, чем ее удалось ввести в оборот за счет дорогостоящей мелиорации. Из-за отвода земель для несельскохозяйственных нужд в РФ сокращена площадь продуктивных сельхоз-угодий на 1,17 млн.га, а пашни - на 2,46 млн.га по сравнению с 1990 г. Все это делает важным и актуальным борьбу с порчей, деформацией и загрязнением почв и земель.

 

5.3.3 Борьба с порчей почв, земли и рекультивация земель

Борьба с порчей почв, земли требует применения целого комплекса правовых, инженерно-технических, агрономических и санитарно-гигиенических методов и средств. Прежде всего, должны быть исключены всякие экологически не обоснованные решения, ведущие к таким тяжким последствиям как потеря сотен и тысяч гектаров плодородной земли. Например, в ходе кампании против неперспективных земель, в борьбе с эрозией почв первое место принадлежит агротехнике (внедрение безотвального земледелия, правильный выбор севооборотов, отказ от техники, разрушающей структуру почвы, и т.п.), лесомелиоративным работам и гидротехническим мероприятиям (укрепление откосов, задержание стоков и т.п.). Рациональное ведение сельского хозяйства, введение платы за воду резко снижают опасность засоления почв из-за излишнего полива. Уже рассматриваются проекты ликвидации мелководных и непродуктивных водохранилищ, занявших большие массивы плодородных земель. Но остается актуальной защита земли от промышленных и бытовых отходов и приведение ряда земель, возвращаемых промышленностью после разработки минерального сырья, ликвидации предприятий и т.п., в состояние, пригодное для хозяйственного использования. Решение последней задачи называется рекультивацией земель. Именно эти, преимущественно инженерно-технические задачи, рассматриваются ниже.

Отходы производства - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при изготовлении продукции и утратившие свои потребительские свойства. Возможно образование отходов и не связанных с сырьем (например, вскрышные породы при разработке полезных ископаемых). В промышленности, кроме перечисленных производственных отходов, достаточно велики и отходы потребления (металлолом, резина, стекло). Такие материалы иногда называют отбросами, т.е. материалами, не имеющими хозяйственного значения. Однако то, что сегодня считается отходами, при совершенствовании технологии может оказаться ценным сырьем в будущем.

Помимо промышленных отходов и отбросов постоянно возрастающее значение имеют бытовые отходы. Об их объеме наглядно свидетельствует рис. 3.1. Повышение жизненного уровня населения, как правило, ведет к увеличению бытовых отходов. Так, оснащение жилых зданий мусоропроводами увеличивает отходы на 20-25%. В США объем бытовых отходов на 1 жителя в два с лишним раза больше, чем в РФ. Только в одном случае - при замене отопления углем или дровами на природный газ - будет существенное уменьшение отходов.

В развитых странах основная масса отходов поступает от промышленности. Санитарная классификация промышленных отходов и методов их утилизации и ликвидации представлена в табл. 5.6.

Таблица 5.6. Санитарная классификация промотходов

Категория	Характеристика загрязняющих веществ	Доля общей массе отходов	Методы утилизации или ликвидации
1	Инертные	57	Для планировочных работ. Складирование или переработка с бытовыми отходами. Складирование вместе с бытовыми отходами. Сжигание. Складирование на полигонах промотходов. Складирование или индивидуальное обезвреживание на специальных сооружениях. Остеклование и захоронение в выработанных шахтах
2	Легко разлагающиеся органические вещества	3
3	Слабо токсичные вещества, мало растворимые в воде	30
4	Нефтемаслоподобные вещества	1,5
5	Токсичные отходы	3
	а) минеральные	3,5
	б) органические	2,0
6	Радиоактивные отходы	Незначительна

При складировании и обезвреживании отходов необходимо учитывать возможную трансформацию веществ, содержащихся в них, и пути их миграции в ОПС. Как следует из табл. 5.6, некоторые отходы способны загрязнять атмосферный воздух. Значительная часть отходов может выбрасываться на "дикие" свалки, что приводит к загрязнению почв. Талыми и дождевыми стоками ЗВ отходов выносятся на пашню и в водоемы. Все это создает условия для попадания их в наземные и водные растения и дальше - в организмы животных и рыб, в том числе и тех, которые используются в пищу человеком. При этом в продуктах питания человека могут создаваться значительные концентрации ЗВ за счет их кумуляции в пищевых цепях (см. подраздел 1.4). Известны также случаи превращений (трансформации сравнительно мало токсичных соединений на свалках отходов в опасные яды.

Удаление и утилизация бытовых отходов представляет собой сложную и актуальную техническую задачу. Бытовые отходы непосредственно связаны с эпидемиологической безопасностью населенных пунктов. Отсутствие эффективной системы их сбора и обеззараживания явилось причиной многочисленных вспышек тяжелых инфекционных заболеваний в средние века (эпидемии чумы) и недалеком прошлом (эпидемии и пандемии холеры в XIX веке). Даже в развитых странах Запада до сих пор помимо специально оборудованных свалок для бытового мусора и мусоросжигательных заводов имеются многочисленные "дикие" свалки (в Германии на 4400 оборудованных свалок недавно было около 50000 "диких"). Любые свалки нарушают эстетический облик городов и населенных мест, приводят к загрязнениям почвы и воды, создают специфические антиэстетические ландшафты пригородов. Наиболее прогрессивной формой утилизации бытового мусора являются мусоросжигательные заводы, получившие большое распространение в Японии и США. В РФ всего 7 таких завода - в городах Москве, Санкт-Петербурге, Владивостоке, Сочи, Пятигорске, Мурманске и Владимире, которыми, кстати, не обеспечивалась потребность этих городов в утилизации бытового мусора. Сейчас предпринимаются меры по увеличению количества таких заводов в Москве и других городах РФ. Однако до сих пор твердые бытовые отходы вывозятся на свалки, а жидкие отходы для обеззараживания запахиваются на глубину 20 см на полях орошения, расположенных не ближе, чем 1000 м от жилья. Часто применяется биотермальный метод, который заключается в хранении отходов в форме компостов, разогревающихся до 60°С. В РФ до сих пор широко применяется сжигание мусора на свалках. При этом в сравнительно большом количестве образуется один из опаснейших ядов - диоксин, при попадании которого в организм человека резко увеличивается вероятность раковых заболеваний.

Более подробно методы утилизации и ликвидации производственных отходов, в том числе и осадков СВ излагаются в дисциплинах "Инженерная экология", "Строительная экология" и "Безопасность жизнедеятельности".

Сокращение потерь земли обеспечивается снижением масштабов нарушений почв при разработке полезных ископаемых и повсеместной рекультивации земель. Снижение масштабов нарушений достигается рациональным выбором формы, размеров и количества карьеров и отвалов (например, замена многих малых карьеров на один большой существенно экономит землю, выбор рациональных форм отвалов увеличивает их емкость и т.п.).

Под рекультивацией понимается комплекс работ, направленный на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных земель. На первом этапе идет подготовка земель к последующему целевому использованию (техническая рекультивация), на втором - восстановление биологических свойств земли и, прежде всего, ее плодородия (биологическая рекультивация). Первый этап рекультивации выполняется предприятиями, деятельность которых способствовала нарушению земель, или передвижными механизированными колоннами: второй - пользователем земли, которому она передается после завершения технического этапа. В зависимости от географического положения района, гидрогеологической характеристики местности, особенностей почв и растительного покрова, населенности района и характера нарушений выбирается одно из следующих направлений рекультивации: 1) сельскохозяйственное направление (обычно при развитом сельском хозяйстве, значительной площади нарушений и благоприятных подстилающих породах); 2) лесохозяйственное (в лесных районах и при больших деформациях поверхности - крутых склонах и откосах, терриконах и карьерах и т.п.); 3) строительное (в густонаселенных районах); 4) водохозяйственное (в выемках и карьерах при отсутствии разрывов в подстилающих породах); 5) рекреационное (проводится около городов и представляет собой сочетание лесохозяйственного и водохозяйственного направлений). Иногда выделяется еще санитарно-гигиеническое направление рекультивации (на непригодных для хозяйственного пользования землях, содержащие редкие и радиоактивные элементы).

Техническая рекультивация является сложным и дорогостоящим мероприятием - в среднем около 20 млн.руб. на 1 га в ценах 1997 года, а при сельскохозяйственной рекультивации - почти 35 млн.руб. В РФ подлежат рекультивации около 1,2 млн.га нарушенных земель, на 40% которых планируется лесохозяйственная рекультивация, 34 - сельскохозяйственная и 207. - водохозяйственная. 8 1995 г. было рекультивировано только 160 тыс.га.

В сохранении земель и их хозяйственных свойств большую роль играет мелиорация или улучшение свойств географической среды для максимального использования природного потенциала земель. Она обычно обеспечивается осушением переувлажненных земель и болот или орошением земель сельскохозяйственного назначения. Практически все пахотные земли РФ находятся в зоне с возможными засухами и нуждаются в орошении. Однако неумеренные поливы повышают уровни грунтовых вод и вызывают засоление почв, а нерациональное осушение болот уменьшает речной сток и снижает уровень озер. Кроме того, всякая мелиорация ведет к обеднению флоры и фауны региона. В РФ охрана земель регламентируется земельным кодексом РСФСР (1991 г.). В нем четко установлены виды пользования землей (земли сельскохозяйственного назначения; населенных пунктов; промышленности, транспорта и иного несельскохозяйственного использования, природохозяйственного назначения, лесного фонда, водного фонда и запаса). Кроме того, подробно рассмотрена система мероприятий по защите земли, определены органы контроля за ней (Правительство РФ, Администрации субъектов РФ, Роскомзем и его органы на местах). Ведется составление земельного кадастра - совокупности сведений о природном, хозяйственном и правовом положении земель РФ. Он включает данные регистрации землепользования, учета количества и качества земель, бонитировки (доброкачественности) почв и экономической оценки земель.

5.4 Охрана флоры и фауны

5.4.1 Охрана растительного мира

Флора является одной из двух главных форм жизни на Земле. В любой экосистеме и в биосфере в целом растения выполняют роль продуцентов и создают основную часть биомассы, ежегодно поглощая около 160 млрд. т CO2 и выделяя в атмосферу около 100 млрд. т O2. Именно растениями образован уникальный состав атмосферы нашей планеты (см. табл. 2.1).

Растительный ресурсный потенциал РФ достаточно велик и разнообразен (полярные пустыни, тундры, леса, степи). 94% ЗФ РФ покрыто растительностью. Продукция растениеводства является основным питанием большинства населения Земли и представляет собой значительную часть сырья для промышленности. Однако деятельность человека уже привела к безвозвратной гибели 30 тыс. видов растений и поставила под угрозу еще 25 тыс. видов. Поэтому необходима защита всех типов растительности (в том числе лесов и лугов), отдельных видов растений и растительных сообществ.

Лес - это совокупность лесной растительности, земли, животного мира и других компонентов ОПС, биологически взаимосвязанных и влияющих друг на друга в своем развитии. Леса занимают почти 28% суши, дают 60% биологически активного О2, играют громадную роль в жизни биосферы, климате планеты и хозяйственной деятельности человека. Различают два вида лесопользования - основное (рубка леса) и побочное (сбор ягод, грибов, трав и т.д.). В РФ допускается лесопользование только на основании лесорубочного билета, ордера или лесного билета, выдаваемых лесхозами.

Лесной Фонд (ЛФ) РФ составляет 1,18 млрд. га, в том числе 65% земель, покрытых лесом. Общий запас древесины в лесах РФ около 81 млрд.м3. Лесной кодекс РФ (1997 г.) выделяет в ЛФ первую, вторую и третью группу лесов, а первую группу лесов разделяет по категориям защитности.

К первой группе (19% от ЛФ) относят леса, выполняющие следующие функции и включающие следующие категории защитности: водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические, оздоровительные, особо ценные лесные массивы, памятники природы, природно-заповедные леса. В них разрешены лишь рубки ухода за лесом, санитарные рубки и лесовосстановительные работы. Ко второй группе (9% от ЛФ) относят леса в районах с высокой плотностью населения и развитой сетью транспортных путей. Леса, выполняющие водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические, оздоровительные и иные функции, имеющие ограниченное эксплуатационное значение. В них производят рубки главного пользования способами, направленными на восстановление ценных пород деревьев, сохранение природных функций лесов этой группы и позволяющими эффективно и рационально использовать лесные массивы. К третьей группе (72% от ЛФ) относят леса многолесных районов, имеющие преимущественно эксплуатационное значение. В таких лесах проводят рубки главного пользования способами, обеспечивающими своевременное и рациональное использование лесных ресурсов.

Во всех группах лесов РФ ежегодный прирост древесины составляет 880 млн.м3. Вырубка леса осуществляется в строгом соответствии с расчетной лесосекой. Ее устанавливает Рослесхоз раздельно по хвойному, мягко- и твердолиственному хозяйствам, исходя из принципов рационального, непрерывного и неистощаемого пользования ЛФ. В 1995 г. было вырублено только 25% расчетной лесосеки. При этом выявлены недорубы в объеме 2,5 млн.м3, брошенной древесины в местах рубок 1,4 млн.м3, неочищенных лесосек более 110 тыс.га и уничтожение подроста ценных пород деревьев на площади 15 тыс.га. Кроме того, зафиксированы около 23 тыс. случаев незаконной порубки леса в объеме 450 тыс.м3 древесины и гибель лесов на площади 172 тыс.га, из них 90% хвойных насаждений. Причинами гибели лесов являются повреждения вредными насекомыми (46,0%.) и воздействия пожаров (33%) и неблагоприятных погодных условий (16%). Более 40% всех насаждений, пораженных болезнями, находятся в Центральном и Центрально-черноземном районах РФ.

На охраняемой площади ЛФ РФ (94% общей площади ЛФ) в 1995 г. зафиксировано около 26 тыс. лесных пожаров на площади 463 тыс.га. По сравнений со среднегодовыми показателями за прошедшие 5 лет количество пожаров возросло на 29% а площадь их сократилась более чем в 2 раза. Наиболее распространенными были низинные пожары на 325,8 тыс.га, верховые пожары отмечены на 25,3 тыс.га и подземные - на 3,1 тыс.га. Основной причиной лесных пожаров являются антропогенные факторы (около 88% всех загорании), а в лесах Европейской территории РФ почти 100% возгораний происходит по вине местного населения.

Поэтому задача рационального пользования лесами и их защиты является важной и актуальной. Она решается принципом ограничения ежегодной вырубки годичным приростом и борьбой с лесными пожарами, защитой леса от вредителей и болезней. Так, Рослесхоз совместно с исполнительной властью на местах ведут через лесхозы и лесничества активную охрану леса от пожаров -самого опасного врага леса. С этой целью наряду с разъяснительной работой и контролем они проводят мероприятия по предупреждению пожаров, их быстрому обнаружению и ограничению распространения. В лесах организуют сеть противопожарных барьеров: широкие разрывы (просеки), минерализованные полосы, водоемы (канавы) вдоль железных, шоссейных и лесовозных дорог и в других местах, опасных в пожарном отношении. Для быстрого обнаружения пожара в лесу сооружают вышки; используют самолеты и вертолеты, которые также быстро доставляют в полной экипировке пожарных парашютистов к очагам пожаров. Они совместно с наземными пожарными подразделениями и населением тушат лесные пожары. Для этого применяют мощные пожарные автоцистерны, мотопомпы, вездеходы, бульдозеры, почвообрабатывающие орудия и ранцевые опрыскиватели.

Для борьбы с вредителями (насекомыми и грызунами) и болезнями леса применяют предупредительные и истребительные меры. Первые направлены на предупреждение массового размножения вредителей (особенно после пожара) и профилактику болезней, а вторые - на их уничтожение. Чаще приходится вести борьбу в лесу всеми доступными методами и средствами в комплексе (интегральный метод).

К предупредительным мерам относятся надзор за появлением вредителей и болезней в лесу (чем быстрее обнаружат, тем успешнее борьба), карантинная служба (предупреждает завоз новых вредителей или вредителей, имеющих ограниченное распространение в РФ, и возбудителей болезней с семенами, саженцами и другими грузами) и лесохозяйственные мероприятия (подбор здорового посевного и посадочного материала, выращивание стойких против вредителей и болезней насаждений, удаление ослабленных и больных деревьев и бурелома и т.д.).

Для истребления вредителей и возбудителей болезней деревьев применяют методы: физико-механические - световые ловушки, ультразвук, положительный электростатический заряд и др.; химические (пестициды) и биологические - уничтожение вредителей их естественными врагами, например, хищными паразитическими насекомыми, насекомоядными птицами, болезнетворными микроорганизмами (бактерии, вирусы и грибы) и муравьями. Известно, что рыжие лесные муравьи надежно защищают хвойные леса с плохо развитым травяным покровом, так как один большой муравейник за сезон уничтожает 3...8 млн. вредных насекомых на площади 0,3...1 га леса.

Другие мероприятия по рациональному использованию, воспроизводству, охране и защите лесов изложены в лесном кодексе РФ и законодательных актах субъектов РФ. Вторым важным типом растительности являются луга или природные сенокосы и пастбища (последние, помимо естественных, включают и искусственные - сеяные угодья с травянистой растительностью). Они играют существенную роль в сельскохозяйственном производстве, их растительные сообщества принимают большое участие в образовании биомассы, связывании СО2 и выделении 02. Леса и пастбища надежно защищают почву от ветровой и водной эрозии, но и сами нуждаются в заботе. Необходимо обеспечить рациональное использование пастбищ, улучшить видовой состав луговых растений, создавать орошаемые пастбища и т.п. Нерациональное использование пастбищ может привести к тяжелым экологическим последствиям, как это было, например, в Сахаре и Бурятии (пастбищная эрозия почв, гибель животных и голод среди населения).

Хотя мир растений исключительно богат и многообразен (известно свыше 500 тыс, их видов), тем не менее более 10% видов или погибли, или находятся под угрозой гибели в результате деятельности человека. Для сохранения генофонда растений, спасения и размножения редких и исключительно редких их видов созданы заповедники и заказники, изданы "Красные книги" в РФ и ее субъектах, в которые включено более 500 видов растений.

 

5.4.2 Охрана животного мира (фауны)

Хотя биомасса животных нашей планеты составляет всего 2%, живого вещества, их роль в биосфере незаменима. Животные отличаются высокими уровнями энергетики, большой подвижностью и разнообразием видов 'в 4 раза большим, чем у растений). Все они включены в отлаженные в течение миллиардов лет экосистемы планеты, обеспечивая сбалансированное функционирование биосферы Земли. Масштабы жизнедеятельности целого ряда видов животных осознаются чаще всего в результате экологических просчетов человека. Так, в Австралии оказалось невозможным разведение домашнего скота без завоза навозных жуков, так как местные жуки-навозники не трогали выделения скота, и они полностью покрывали землю и угнетали рост растений. Выше указывалось на значение живого мира почв для их плодородия. Более глубокое изучение экосистем значительно сократило перечень "вредных" с точки зрения человека животных: хищники оказались "санитарами леса" и т.д.

На территории РФ насчитываются десятки тысяч видов наземных беспозвоночных и позвоночных животных. Многие из них играют существенную роль в экосистемах. В 1995 г. снизилась численность зайца-беляка на 17%, кабана на 29%, соболя на 16%, бобра и рыси на 11%, бурого медведя на 10%. По сравнению с 1994 г., возросла численность волка на 6%, лисицы на 3% и дикого северного оленя на 1%. Одной из главных причин такого положения является общее ухудшение социально-экономической обстановки в стране, симулирующее рост браконьерства на 20% (49 тыс. случаев незаконной охоты в 1995 г.). Кроме того, продолжается резкое изменение мест обитания животных из-за хозяйственной деятельности человека (распашка степей, вырубка лесов и т.п.) и широкое применение пестицидов. Все это требует проведения мероприятий по защите фауны: усиление охраны и госконтроля за использованием охотничьих животных, регулирование их численности, изменение ряда технологических процессов в сельском хозяйстве, способствующих сохранению животного мира, и создание условий обитания для животных (лесополос, искусственных водоемов и т.п.), а также сохранение мест их обитания (в заповедниках РФ охраняется 75% видов млекопитающих, 82% птиц, 50% амфибий и 35% рептилий).

Отношения человека в области охраны и использования животного мира РФ регулирует Федеральный закон (ФЗ) "О животном мире" (1995 г.). Согласно этому ФЗ животный мир в пределах территории РФ является государственной собственностью, неотъемлемым элементом ПС и биологического разнообразия Земли, возобновляемым ПР, важным регулирующим и стабилизирующим компонентом биосферы, всемерно охраняемым и рационально используемым для удовлетворения потребностей населения страны. Кроме того, ФЗ предусматривает госучет и создание государственного кадастра объектов животного мира, а также государственный их мониторинг (см. подраздел 4.3).

Рыба в белковом питании человека в различных странах мира занимает от 17 до 83%. Ежегодный вылов рыбы в озерно-речных бассейнах и водохранилищах РФ составляет 65 тыс.т. Запасы ценных видов рыб (осетр, лосось, лещ, судак, сазан и др.) постоянно сокращаются под влиянием браконьерства, высокой интенсивности промысла, ухудшения условий воспроизводства и обитания в результате загрязнения водной среды. Для охраны рыбных запасов РФ необходимо усиление борьбы с браконьерством, регулирование вылова рыбы в отдельных водных объектах и бассейнах, проведение акклиматизации ценных видов рыб и зарыбления водоемов. В 1995 г. воспроизводством рыбных запасов (т.е. акклиматизацией и зарыблением как экономически эффективными мероприятиями) занимались 106 госрыбоводных предприятий, которые выпустили в водные объекты 5,9 млрд.шт. молоди ценных промысловых видов рыб (осетровых - 86 млн.шт., лососевых - 465 млн.шт., сиговых - 43,6 млн.шт, частиковых - 5,28 млрд.шт и растительноядных -31,5 млн.шит). За счет только этого поддерживаются запасы белорыбицы, терского лосося и осетровых на 507. в Каспийском и на 80% в Азовском морях.

Большое значение для охраны животного мира имеют ратифицированные РФ Международные конвекции об охране белого медведя, о биологическом разнообразии, о международной торговле дикой фауной и флорой, находящейся под угрозой исчезновения; по регулированию китобойного промысла и т.п. Для охраны редких и исчезающих животных в РФ созданы заказники, заповедники и ре-зерванты, издана "Красная книга РФ". В нее занесено 247 видов животных, в том числе 65 видов млекопитающих, 109 видов птиц, 15 видов моллюсков и 34 вида насекомых. Подготавливаются и издаются "Красные книги" субъектов РФ. На территории Тверской области обитает 7 видов птиц (например, беркут и сапсан) и одному виду рыб и бабочек, внесенных в "Красную книгу РФ".

5.5 Охрана недр

Недра являются частью земной коры, расположенной ниже почвенного слоя или дна водоемов и водотоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения (или недра - это верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых). Под дном водоемов в данном случае понимается также недра континентального шельфа РФ и ее морской исключительной экономической зоны. Кроме того, ФЗ РФ "О недрах" (1995 г.) регулируется и. использование отходов горнодобывающего производства, торфа, сапропелей и иных специфических минеральных ресурсов (подземных вод. рассолов и т.п.).

Добыча полезных ископаемых (ПИ) ведется уже несколько тысячелетий, но резкое увеличение ее объемов приходится на вто-

рую половину XX века. С 1900 по 1990 год добыча почти всех видов ПИ увеличилась примерно вдвое, а за последующие сорок лет сравнительно с уровнем 1940 года для нефти, газа и железной руды в 5-6 раз, для некоторых металлов и минеральных удобрений в 10 раз (например, для меди в 5 раз). Исключение составляет только каменный уголь, добыча которого за тот же период не увеличилась, а даже снизилась (на 20-25%).

Основными требованиями по рациональному использованию и охране недр являются: 1) выполнение установленного порядка предоставления недр в пользование и недопущение самовольного пользования недрами; 2) обеспечение полноты изучения и пользования недрами, в том числе опережающего геологического изучения и оценки запасов ПИ; 3) проведение государственной экспертизы и учета запаса ПИ, в том числе и оставляемых в недрах после разработки; 4) наиболее полное извлечение из недр ПИ (в настоящее время коэффициент использования разведанных запасов угля и руды равен 0,6, а нефти - всего 0,3-0,4); 5) охрану месторождений и подземных сооружений, не связанных с добычей ПИ, от затопления, обводнения и пожаров; 6) предотвращение загрязнения недр при их эксплуатации или хранении в них нефти и газа, при разведке и добыче ПИ, захоронении вредных веществ и отходов, сбросах СВ; 7) ведение государственного кадастра месторождений и проявлений ПИ; 8) выполнение установленного порядка консервации и ликвидации предприятий, использования площадей залегания (в том числе предупреждение их самовольной застройки).

В РФ недра являются государственной собственностью и поэтому они предоставляются в пользование на определенный срок или без ограничения срока. Акт передачи недр в пользование оформляется лицензией. В последнюю включаются требования по рациональному использованию и охране недр (см. выше), по осуществлению конкретных мероприятий по предотвращению вредного влияния горных работ на ОС, а также по повышению полноты и комплексности использования минеральных ресурсов, в том числе ценных отходов производства.

Государственное управление недропользованием осуществляют Президент РФ, Правительство РФ, органы исполнительной власти субъектов РФ, а также федеральный орган и его территориальные подразделения на местах» Таким органом в РФ является Госгор-технадзор (Федеральный горный и промышленный надзор) РФ, который осуществляет госконтроль в области охраны недр и горной экологии.

Так как ПИ относятся к исчерпаемым, невозобновимым ПР, необходимо их разумное и экономное использование, борьба с потерями в процессе добычи, переработки и потребления. Следует помнить, что ряд бедных по содержанию руд становится ценнейшим сырьем при совершенствовании технологии их обогащения. Для экономии остродефицитных энергоносителей большое значение имеет использование альтернативных источников энергии - ветра, морских течений, геотермальных источников и т.п.

5.6 Защита ОПС от радиоактивных загрязнений

Радиоактивное загрязнение (РЗ) - это присутствие радиоактивных веществ и радионуклидов (далее - РВ) техногенного происхождения на поверхности или внутри материала или тела человека. в воздухе или в другом месте, которое может привести к облучению в индивидуальной дозе более 10 мкЗв/год или коллективной дозе 1 чел-Зв/год. РЗ одновременно являются материальными и энергетическими загрязнениями, так как они обладают свойствами газа, пыли или жидкости и создают ионизирующие излучения (ИИ). Последние возникают при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе. Они образуют при взаимодействии со средой ионы разных знаков, которые вызывают сложные физические и биологические процессы в организме человека, приводящие к тяжелым болезням и даже смерти человека. Поэтому РЗ относят к наиболее опасным загрязнениям ОПС.

 

5.6.1 Важнейшие параметры ИИ и единицы их измерения

Тяжесть последствий, вызванных воздействием ИИ, зависит от интенсивности и продолжительности их действия на человека. Интенсивность ИИ зависит от количества РВ, которое оценивается его активностью, т.е. количеством распадов в единицу времени. В системе СИ 1 распад/с = 1 беккерелю (Бк), а внесистемная единица - кюри (Ки). 1Ки = 3,7*10^к.

Поражающее действие ИИ характеризуется дозой излучения, т.е. количеством энергии ИИ, поглощенное единицей массы среды (вещества). При взаимодействии с биологическими тканями различают поглощенную, эквивалентную, ожидаемую и эффективную дозы. Единицей измерения поглощенной дозы Дп является грей (Гр) или Дж/кг, а внесистемной единицей - рад (радиационно-адсорбцион-ная доза). 1Гр = 100 рад.

Эквивалентная доза Дп - это Дп, умноженная на взвешенный коэффициент WR соответствующего излучения (для фотонов, электронов и мюонов любых энергий он равен 1: нейтронов с энергией менее 10 кэВ - 5; то же от 10 до 100 кэВ и от 2 до 20 МэВ - 10: от 100 кэВ до 2 МзВ - 20: более 20 МэВ и протонов с энергией отдачи более 2 МэВ - 5: (альфа)- частиц, осколков деления и тяжелых ядер WR = 20). Если поле НИ состоит из нескольких i-излучений с различными величинами WR , то суммарная ДЭКВ=(СУММА)ДЭКВ . Единицей измерения ДЭКВ является зиверт (Зв), а внесистемной единицей - бэр (биологический эквивалент рада). 13в = 100 бэр.

Ожидаемая доза Дож - это ДаЭКВ время (ТЕТТА) (когда (ТЕТТА) не определено, то его следует принимать равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей). Единицей измерения является Зв.

Эффективная доза Дэф - это Дож, умноженная на взвешенный коэффициент WT для конкретной ткани или конкретного органа человека для гонад он равен 0,20; костного красного мозга, толстого кишечника и легких - 0,12; мочевого пузыря, грудной железы, печени, щитовидной железы и пищевода - 0,05; кожи и клеток костных поверхностей - 0,01; надпочечников, головного мозга, селезенки, почек, матки и т.д. WT = 0,05). Дэф используется как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения человека. Для человека Дэф равна сумме произведений Дож*WT. Различают коллективную Дэф - это средняя Дэф на i-подгруппу группы людей, умноженная на число людей в подгруппе. Единицей измерения Дэф является Зв/год или мкЗв/год, а Дкэф - чел-Зв/год или чел-мкЗв/год.

Кроме дозы излечения, второй важной характеристикой является период полураспада РВ, т.е, период времени» за который его количество (масса) уменьшается вдвое. Он равен для ура-нз-238 4,47 млрд.лет, а для протактиния-234 чуть больше одной минуты Н2].

Дозу (поглощенную, эквивалентную, эффективною), отнесенную к единице времени, называют мощностью дозы; единица ее измерения соответственно Гр/с, Зв/с или рад/с, бэр/ч.

Воздействие на людей ИИ принято называть обличением. Оно может быть внешним, внутренним или внешним+внутренним; природным, медицинским или профессиональным: потенциальным или аварийным.

 

5.6.2 Характеристика и источники РЗ в РФ

Радиационная обстановка в РФ определяется: 1) глобальным радиоактивным фоном (естественный радиационный фон или ЕРФ плюс фон, обусловленный проводившимися ранее ядерными испытаниям в мире); 2) наличием радиационно-загрязненных территорий вследствие радиационных аварий (например, Челябинская, Чернобыльская и др.); 3) выбросами и сбросами в процессе эксплуатации АЗС, предприятий ядерного топливного цикла, судовых ядерно-энергетических установок и региональных хранилищ радиоактивных отходов (РАО); 4) неправильной эксплуатации промышленных ионизирующих остановок и приооров с РВ, потерей или халатным отношениям к источникам (ампулам, составам) ИИ (в последние годы в Москве выявлено более 600, а в Твери - два места локальных РЗ).

В 1995 г. РЗ ОПС в РФ характеризовались: 1) приземная атмосфера - средней концентрацией суммарной бета-активности по всей территории РФ, за пределами территорий, загрязненных аварией ЧЙЭС) в 5,8-10 Ки/м3, на загрязненной ЕТР атмосферные вы-падания цезия-137 в среднем равны 8,6 Бк/м2 год, а на незагрязненной - только 1,0 Бк/м2 год: 2) местность - из-за аварии на ЧАЭС загрязнена цезием-137 площадь в 5?045 км2- в 19 субъектах РФ (проживает около 3 млн.чел.) с плотностью выпаданий свыше 1 Ки/км2, в том числе 49509 км2 с уровнем загрязнения 1...5 Ки/км2, 5326 км2 - 5...15 Ки/км2 , 1900 км2 - 15...40 Ки/км2 и 310 км2- более 40 Ки/км2. Наибольшие площади загрязнения существуют в Брянской области (соответственно по оказанным уровням 6680, 2700, 1900 и 310 км2), а затем в Калужской, Орловской и Тульской областях. Тверская область имеет площади с уровнем загрязнения цезием-137 менее 0,5 Ки/кма; 3) леса -площадь загрязнения их цезием-137 составляет 995 тыс.га, в том числе с уровнем 1...5 Ки/км2 - 86,5%, с 5...15 Ки/км2 - 10,4%, с 15...40 Ки/км2- 2,9% и более 40 Ки/км2- 0,2%. В них снижение загрязнения идет крайне медленно, так как самоочищение лесов происходит только за счет радиоактивного распада. Наибольшие уровни загрязнения лесной растительности наблюдаются на торфяных и сильноподзолистых почвах, а наименьшие - на суглинистых, богатых обменных калием и аммонием; 4) водные объекты - средняя концентрация стронция-90 в водах рек составила 2,0*10-13 Ки/л, а в озерах - (3.7.. .8,1 1О-13 Ки/л: то же по тритии -(4,5...8,7)-10-11 Ки/л. Сброс СВ с РВ в объеме 714 млн.м3 осуществляли 26 предприятий в поверхностные водные объекты (35%) и в водоемы-охладители (65%); 5) районы АЭС - нет изменений ЕРФ (в Твери ЕРФ = 9...12 мкР/ч), а измерения РВ в атмосфере, водоемах-охладителях, почве, растительности продуктах питания в 30...40 точках вокруг АЭС до расстояния 50 км (подтвержденные независимыми наблюдениями) свидетельствуют об отсутствии какого-либо влияния работы АЭС на состояние объектов внешней среды: 6)РАО - хранятся в 16 пунктах СПК "Радон", где содержатся твердые и жидкие РАО с суммарной активностью порядка 1,8 млн. Ки, но многие из них морально и физически устарели.

Население РФ подвергается внешнему и внутреннему облучению ИИ природных и искусственных источников. К первым относятся космическое излучение и природные РВ, содержащие в ОС и поступающие в организм человека с воздухом, водой и пищей. Искусственные источники подразделяются на медицинские (диагностические и радиотерапевтические процедуры) и техногенные (искусственные и специально сконцентрированные человеком природные РВ, генераторы ИИ и др.). Техногенные источники ИИ делят на источники, находящиеся под контролем человека, и источники, находящиеся вне его контроля (утерянные, находящиеся вне его контроля, утерянные, рассеянные в результате аварии и т.д.). Воздействие РЗ на человека определяется, прежде всего, полученной дозой облучения. При дозе больше 10 Зв человек погибает, при 7 и 2 Зв смертельный исход наступает соответственно в 90 и 10%. Дозы меньше 1 Зв вызывают легкую степень лучевой болезни, заканчивающуюся выздоровлением. Воздействие РЗ не ограничивается только острыми заболеваниями, вызываемыми указанными выше дозами. Практически любое превышающее ПДУ облучение резко увеличивает число мутаций и заболеваний раком (мутагенное и канцерогенное действия). Особенно опасным является попадание в организм РВ стронция и цезия, первый из которых проникает в костную ткань, а второй накапливается в мышцах. В зоне РЗ от Чернобыльской АЭС в десятки раз возросла детская заболеваемость белокровием и другими тяжелейшими болезнями.

Медиками установлено, что воздействия ИИ на человека приводят к болезням: 1) детерминированного порогового эффекта, т.е. заболевания возникают с определенного порога, выше которого тяжесть его зависит только от дозы (лучевая болезнь, лучевой ожог, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и др.); 2) стохастического (вероятностного) беспорогового эффекта, который может возникнуть при любой дозе, даже самой минимальной. При этом воздействия ИИ на генетические структуры человека вызывают наследственные болезни и мутации, а на обычные ткани - злокачественные опухоли (например, лейкозы). Вышесказанное способствовало разработке и принятию ФЗ в РФ "Об использовании атомной энергии" (1995 г.) и "О радиационной безопасности населения" (1995 г.), а также утверждению и введению в действие Норм радиационной безопасности или НРБ-96 [12], Они в полной мере учитывают рекомендации международных организаций в этой области и вводят дозовые пределы (ДП) как для персонала, так и население страны. Причем ДП более жесткие (в 2,5 раза), нежели ранее действующие. Пока еще ни одна страна в мире не перешла на эти ДП, Под радиационной безопасностью (РБ) населения понимается состояние защищенности настоящего и будущего поколений людей от вредного для их здоровья воздействия ИИ.

 

5.6.3 Гигиеническое нормирование техногенного облучения людей

Такое нормирование осуществляет государство через Госкомсанзпидемнадзор РФ, который ввел в действие НРБ-96 [12]. Последние являются основополагающим документом для всех юридических лиц/ администраций субъектов РФ, местных органов власти и граждан, регламентирующим требования ФЗ РФ "О радиационной безопасности".

НРБ-96 устанавливает две категории облучаемых лиц: персонал (непосредственно работающий с источниками ИИ - группа А и находящийся в сфере действия источников - группа Б) и все население. Предел индивидуального риска для техногенного облучения лиц из персонала принимается 1,0*1О-3 за год, а для населения 5,0'КГ за год. Уровень пренебрежительного риска принимается равным 10-6 за год.

Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:

класс - основные ДП, приведенные в табл. 5.7;

класс - допустимые уровни монофакторного (для одного РВ или одного вида внешнего излучения, пути поступления) воздействия, являющиеся производными от основных ДП: пределы годового поступления (ПГП), допустимые среднегодовые объемные активности (ДОИ) и удельные активности (ДУА) и т.д.:

класс - контрольные уровни (дозы), устанавливаемые администрацией организации по согласованию с органами Госкомсанэпидемнадзора РФ. Их численные значения должны учитывать достигнутый в организации уровень РБ и обеспечивать условия, при которых радиационное воздействие будет ниже допустимого.

Таблице 5.7, Основные дозовые пределы по НРБ-96 [12]

Номируемые величины	Дозовые пределы (ДП)
	Лица из персонала (группа А)	Лица из населения
Эфективная доза Дэф	20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но более 50 мЗв в год	1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет ,но не более 5 мЗв в год
Эквивалентная доза Дэкв за год в хрусталике……… Коже…………………… Кистях и стопах………	150 мЗв 500 мЗв 500 мЗВ	15 мЗв 50 мЗВ 50 мЗв

Примечание. Для персонала группы Б дозы облучения и другие допустимые уровни не должны превышать 1/4 значений для персонала группы А.

Основные ДП не включают в себя дозы от природных, медицинских источников ИИ и дозу вследствие радиационных аварий (РА). На эти виды облучения устанавливаются только специальные ограничения, приведенные в НРБ-96 и ниже в подразделе 5.6.6.

Для каждой категории облучаемых лиц допустимый ПГП РВ рассчитывается путем деления годового ДП на соответствующий коэффициент. Численные значения ПГП РВ для персонала и населения через органы дыхания и пищеварения, а также соответствующие им значения ДОА и ДУА приведены в приложениях П-1 и П-2 НРБ-96 [12].

При одновременном воздействии источников внешнего и внутреннего облучения должно выполняться условие, что отношение дозы внешнего облучения к пределу дозы и отношения годовых поступлений РВ к их пределам в сумме не превышали 1.

На действующих предприятиях (объектах) РФ действуют до 1 января 2000 года три категории облучаемых лиц (A, Б и В), а по радиочувствительности три группы критических органов, для которых установлены в табл. 5.8 соответствующие ДП.

Таблица 5.8. Основные ДП по НРБ-76/87

Категории облучаемых лиц и ДП в год	Группа критических органов человека
	I	II	III
A - лица, работающие с источниками ИИ, предельно допустимая доза, мЗв/год (бер/год) Б - население, подвергающееся обслуживанию, по условиям проживания или расположения рабочих мест вблизи источников И, предел дозы, мЗв/год (бер/год) В - Население области, страны	50(5)   5(0,5)	150(15)   15(1,5)	300(30)   30(3)
	Нормы не устанавливаются, люди должны жить в чистых благоприятных условиях

Примечание. К I группе критических органов относят все тело, гонады, половые органы и красный костный мозг; ко II группе - мышцы, щитовидная железа, печень, почки легкие, хрусталик глаза и др., не относящиеся к I и III группам; к III группе - костная ткань, кожный покров, кисти рук, предплечье, лодыжки и стопы.

Такое положение по действующим предприятиям (объектам) связано с тем, что нужно будет провести довольно много мероприятий для реального выполнения нормативов безопасности по НРБ-96. Для вновь строящихся, проектируемых и реконструируемых предприятий (объектов) НРБ-36 вступили в действие в полном объеме с момента их опубликования (с 1996 года).

 

5.6.4 Радиационный контроль (РК) в РФ

Законодательством РФ установлены государственный надзор и контроль, производственный и общественный контроль за радиационной обстановкой в стране и обеспечением безопасной работы искусственных источников ИИ. Госнадзор и контроль осуществляют Госкомсанэпидемнадзор РФ и Госатомнадзор РФ через свои органы на местах (СЭС и инспекции по ядерной и радиационной безопасности), а госуправление - Правительство РФ, Минатом РФ и госорганы исполнительной власти субъектов РФ. Производственный контроль возлагается на администрации предприятий, осуществляющих деятельность с источниками ИИ: за природными источниками ИИ - на администрации территорий. Порядок такого контроля разрабатывается каждым предприятием с учетом специфики выполняемых им работ и согласовывается с соответствующими органами госуправления, госнадзора и контроля, действующими в субъектах РФ. Согласно законодательству РФ лица, которым поручен производственный РК, имеют право приостанавливать проведение работ с источниками ИИ при выявлении нарушений НРБ-96 до их устранения. Общественный РК осуществляют общественные объединения, в уставе которых записан такой контроль.

РК является важной частью обеспечения РБ, начиная со стадии проектирования радиационно-опасных объектов (РОО), Он имеет целью определение степени соблюдения принципов РБ и требований всех классов нормативов, установленных НРБ-96. Поэтому контролируют: 1) радиационные характеристики источников, выбросов в атмосферу, жидких и твердых отходов; 2) радиационные факторы, создаваемые технологическим процессом на рабочих местах ив ПС; 3) радиационные факторы на загрязненных территориях и в зданиях с повышенным радиационным фоном; 4) уровни облучения персонала и населения; 5) источники медицинского облучения и природные источники. Результаты оценки ежегодно заносятся в радиационно-гигиенический паспорт предприятия (объекта).

В РФ организована сеть наблюдения за РЗ в ОС (см. подраздел 4,3).

Для РК используют дозиметрические приборы (дозиметры, рентгенометры, радиометры). В них применяют фотографический, сцинтилляционный, химический и ионизационный методы измерения, с которыми студенты знакомятся в ходе выполнения лабораторной работы [3]. Кроме того, при возможных залповых выбросах РВ (например, в результате РА) применяют расчетный метод определения РЗ ОПС. Его чаще используют в ходе прогнозирования возможной радиационной обстановки на случай аварии на АЭС (см. раздел 9 учебного пособия [2]) и ядерного взрыва.

5.6.5 Защита от ИИ

Основным защитным мероприятием является полное исключение облучения людей, снижение его до уровня, не превышающего нормативов по НРБ-96 (см. табл. 5.7), и уменьшение числа лиц, подвергающихся облучению.

Для снижения дозы облучения людей применяют три метода защиты: временем, расстоянием и экранированием. При защите временем стремятся ограничить время пребывания человека (людей) в условиях облучения и не допустить превышения допустимой дозы. Обязательным условием этой защиты является проведение индивидуального дозиметрического контроля и ведение учета полученных доз.

Защита расстоянием основывается на том, что интенсивность ИИ уменьшается с увеличением расстояния от источника ИИ по закону обратных квадратов. Поэтому устанавливают СЗЗ вокруг источника облучения или РОО шириной 10 км до городов с населением 100 тыс.чел. и более или 40 км до городов с населением более 1 млн.чел. В СЗЗ запрещается постоянное и временное проживание людей, вводится режим ограничения хозяйственной деятельности и проводится РК. За СЗЗ устанавливается зона наблюдения, которая в 3...4 раза больше размеров СЗЗ и в которой проводится систематический РК.

Метод экранирования основан на использовании процессов взаимодействия ИИ с веществом. Защитные свойства материалов, используемых в качестве экранов, оцениваются коэффициентом ослабления. Главным параметром таких материалов является слой половинного ослабления. Он равен 1,3 см для свинца и 13 см для бетона, если необходимо половинное ослабление потоков фотонов с энергией 1 МэВ. Свинец и бетон являются "эталонными" материалами. Защитная способность других материалов больше или меньше во столько раз, во сколько раз отличаются их плотности от плотности свинца и бетона. Чем легче вещество, тем больше его требуется для защиты в экране. Для защиты человека от (АЛЬФА)- и (БЕТТА)-лучей применяют легкие металлизированные материалы в экранах; от g -излучения - вещества с большим атомным весом (свинец): от нейтронов - с малым атомным весом (вода, парафин и др.).

Наш организм не имеет рецепторов по восприятию ИИ. В нем до определенных пределов не наблюдаются вредные сдвиги в тканях. Чтобы своевременно выявить сдвиги, необходимо проведение комплекса лечебно-профилактических мероприятий (медицинское обследование, анализы »крови, санаторно-курортное лечение и т.п.). Лицам, подвергающимся воздействиям ИИ, необходимо усиленное питание, витамины, физические упражнения, сауна и т.д. для поддержки организма. При сдвигах в кроветворении применяют переливание крови, а при дозах более 6 Зв используют пересадку костного мозга. При внутреннем переоблучении для поглощения или связывания РВ в соединения, препятствующие их отложению в органах человека, вводят сорбенты или комплексообразующие вещества. В частности, широко применяют радиопротекторы - это лекарственные средства, повышающие защищенность организма человека от ИИ или снижающие тяжесть клинического течения лучевой болезни. Они действуют эффективно, если были введены в организм перед облучением и присутствуют в нем в момент облучения. Так, для защиты организма от радиоактивного йода-131 (особенно щитовидной железы) следует заблаговременно принимать йодный калий или стабильный йод (в таблетках или в порошке) с обязательным запиванием водой, киселем, сладким чаем или соком. Накапливаясь в щитовидной железе, нерадиоактивный йод препятствует отложению в ней йода-131. Защитный эффект стабильного йода зависит от времени его приема: до или в момент попадания РВ в организм человека - снижает дозу облучения щитовидной железы в 100 или 90 раз, после 2 ч от начала воздействия йода-131 - то же, но в 10 раз, а через 6 ч - в 2 раза.

Для защиты от стронция-137 следует принимать продукты, содержащие кальций (фасоль, греча, капуста, молоко).

Препарат Б-190 является радиопротектором экстренного действия, защитный эффект которого наступает через 5...15 мин и сохраняется в течение часа: РС-1 - то же, быстрого действия с началом защитного эффекта через 40...60 мин и сохранением его в течение 4...6 ч: РДД-77 - длительного действия с началом защитного эффекта через 2 суток и сохранением его в течение 10...12 суток.

Известкование почв и внесение в них повышенных доз калийных удобрений (калий антагонист цезия-137) снижает содержание РВ в продукции растениеводства и животноводства, выращенной на загрязненных территориях РФ.

Наряду с этим применяют методы и средства, реализуемые при защите атмосферы и гидросферы от материальных загрязнений (см. выше подразделы 5.1 и 5.2), но с учетом особенностей, вытекающих из Основных санитарных правил работы с РВ и другими источниками ИИ (ОСП-72/87).

 

5.6.6 Принципы обеспечения РБ населения

В нормальных условиях эксплуатации источников ИИ РБ обеспечивается реализацией: 1) принципа нормирования, т.е. непревышение допустимых пределов (см. табл. 5.7) индивидуальных доз облучения граждан от всех источников ИИ; 2) принципа обоснования, т.е. запрещение всех видов деятельности по использованию источников ИИ, при которых полученная для человека и общества польза не превышает риск возможного вреда, причиненного дополнительным к ЕРФ облучением [12]; 3) принципа оптимизации, т.е. поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц при использовании любого источника ИИ. Поэтому РБ в РФ осуществляется: а) проведением комплекса мер правового, организационного, инженерно-технического, санитарно-гигиенического, медико-профилактического, воспитательного и образовательного характера, вытекающего из ФЗ "О радиационной безопасности населения" (1995 г.); б) осуществлением госорганами исполнительной власти РФ и ее субъектов, органами местного самоуправления, общественными объединениями, другими юридическими лицами и гражданами мероприятий по соблюдению правил, нормативов в области РБ (в частности, НРБ-96); в) информированием населения о радиационной обстановки и мерах по обеспечению РБ; г) обучением населения в области РБ.

В НРБ-96 приведены основные способы по ограничению обличения населения различными источниками ИИ. Так, облучение населения техногенными источниками ИИ при нормальной их эксплуатации ограничивается путем обеспечения сохранности источников ИИ» контроля технологических процессов и ограничения выброса (сброса) РВ в ОС, другими мероприятиями на стадии проектирования, эксплуатации и прекращения использования этих источников. Ограничение облучения населения природными источниками ИИ достигается путем строгого соблюдения нормативов: 1) по изотопам радона и торена в воздухе помещений как при проектировании новых, так и эксплуатации зданий жилищного и общественного назначения: 2) по радиоактивности в строительных материалах с щебень, гравий, песок и т.п.) и побочных продуктах промышленности (золы, шлаки и пр.), а также в питьевой воде, фосфорных удобрениях и мелиорантах. Ограничение медицинского облучения населения достигается использованием принципов обоснования по показаниям радиологических медпроцедур и оптимизации мер защиты,

Меры по ограничению облучения населения в условиях РА состоят: 1) в начальной стадии аварии, когда облучение может превысить основные ДП (см. табл. 5.7),- восстановление контроля над источником ИИ и принятие мер по сведению к минимуму доз облучения, количества облученных лиц из населения, РЗ ОС, экономических и социальных потерь, вызванных РЗ; 2) при аварии или обнаружении РЗ - ограничение последующего облучения путем применения защитных мероприятий, применяемых к ОС и/или к человеку. Они связаны с нарушением нормальной жизнедеятельности населения, хозяйственного и социального функционирования территории, т.е. являются вмешательством. Последнее, как правило, влечет за собой не только экономический ущерб, но и неблагоприятное (в том числе и психологическое) воздействие на здоровье населения и экологический ущерб. Поэтому при принятии решений о характере вмешательства (защитных мероприятий) следует руководствоваться следующими принципами: 1) предполагаемое вмешательство (мероприятие по ликвидации последствий РЗ) должно принести обществу и прежде облучаемым лицам больше пользы, чем вреда, т.е. уменьшение ущерба в результате снижения дозы должно быть достаточным, чтобы оправдать вред и стоимость (принцип обоснования вмешательства); 2) форма, масштаб и длительность вмешательства должны быть оптимизированы таким образом, чтобы чистая польза от снижения дозы ИИ (т.е. польза от снижения радиационного ущерба за вычетом ущерба, связанного с вмешательством) была бы максимальной (принцип оптимизации вмешательства).

Однако, если предполагаемая (прогнозируемая) доза облучения достигает за двое суток уровней, при превышении которых возможны клинически определяемые эффекты, срочное вмешательство (меры защиты) безусловно необходимо. Такими уровнями (ДП) являются: для всего тела - 1 Гр: легких ~ 6; щитовидной железы - 5; кожи - 3; гонад и хрусталика глаза - 2 Гр.

На момент планируемого вмешательства органы Госкомсанэпидемнадзора РФ устанавливают дозы и мощности доз облучения, уровни РЗ применительно к конкретному РОО с учетом вероятных типов РЗ, сценариев их развития и складывающейся радиационной обстановки. При РЗ с РЗ территории разрабатывается вариант(ы) принятия решений (вмешательств), руководствуясь пп. 8,4...8,6 и приложением П5 НРБ-96 [12]. Он оформляется в виде обязательного плана мероприятий по защите работников (персонала) РОО и населения от РИ и ее последствий. Этот план согласуется с органами местного самоуправления и госорганами исполнительной власти субъекта РФ, а также с Госатомнадзором РФ и его органами на местах (в Тверской области - с Верхневолжской инспекцией по ядерной и радиационной безопасности). На РОО организуются аварийно-спасательные формирования из числа своих работников, а их облучение не должно превышать более чем в 10 раз среднегодового значения ДЭФ для лиц из персонала (группа А). При этом оно допускается один раз за период их жизни при добровольном согласии работников, предварительном информировании о возможных дозах облучения и риске для их здоровья.

Гражданин РФ имеет право на РБ, которая обеспечивается проведением комплекса мероприятий, указанных выше. Он обязан соблюдать требования к обеспечению РБ, проводить или принимать

участие в реализации мероприятий по обеспечению РБ и выполнять требования госорганов исполнительной власти РФ и ее субъектов, органов местного самоуправления по обеспечению РБ.

5.7 Защита ОПС от энергетических загрязнений

К энергетическим загрязнениям (Э3) относят акустические, вибрационные, неионизирующие электромагнитные и тепловые воздействия на ОПС, Главная их особенность в том, что воздействия Э3 определяются параметрами и интенсивностью соответствующих форм энергии: у акустических и вибрационных - механической энергией колебаний соответственно воздушной и твердой сред; у неионизирующих электромагнитных - энергией электромагнитных полей (ЭМП); у тепловых - энергией неупорядоченного движения молекул и атомов. У каждого из вышеуказанных видов 33 специфичны методы и средства защиты человека, которые изложены ниже.

5.7.1 Защита населения от акустических загрязнений

Упругие колебания, распространяющиеся в воздухе, твердой и жидкой средах под воздействием какой-либо возмущающей силы, относят к акустическим колебаниям. В диапазоне частот f = 16 Гц... 20 кГц они воспринимаются нормальным слухом человека и называются звуковыми, с f < 16 Гц - инфразвуковыми, с f > 20 кГц -ультразвуковыми. Беспорядочные звуковые колебания различной физической породы со случайными изменениями по частоте и амплитуде, которые мешают работе, отдыху и восприятию речи, называют шумом. Важнейшими характеристиками шума являются частота и интенсивность. В зависимости от f различают низкочастотные (с f < 350 Гц) среднечастотные (с f = 351...800) и высокочастотные (с f > 800 Гц) шумы. Единицей частотного интервала шума является октава: одна октава соответствует интервалу между f1 и f2 , отношение которых равно 2 (f1/f2= 2). Каждая из 9 стандартизированных октав шума обозначается по своей среднегеометрической f - 31,5; 63: 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000. Если спектр шума (т.е. совокупность всех значений его f) превышает одну октаву, то он называется широкополосным; меньше 1/3 октавы с превышением интенсивности шума в этой полосе над соседними не менее 10 дБ - тональным.

Интенсивность шума I (т.е. мощность потока энергии в Вт на 1 м2 ) прямо пропорциональная квадрату звукового давления Р (т.е. силе, действующей на единицу площади) и обратно пропорциональна акустическому сопротивлению среды. При оценке интенсивности шума пользуются уровнем звукового давления L , а не самой интенсивностью, так как ее прямое определение невозможно. В акустике за единицу принят децибел (дБ), а величина L определяется по формуле

= 20 lg(Рх/Ро ), (5.7)

где РX - измеряемый уровень звукового давления (УЗД), Па;

Ро - пороговый УЗД, равный 2-102 Па.

Интенсивность шума I уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, уровень звука L - обратно пропорционально расстоянию. При удвоении расстояния от источника шума его I уменьшается в 4 раза, а УЗД - в 2 раза или на 6 дВ ( L = 20 lg(Р/0,5Р) = 20lg2=6 дБ). Чем выше f звука, тем больше он ослабляется при удалении от источника за счет молекулярного поглощения. При прохождении препятствия звук может отражаться, поглощаться и пропускаться препятствием. В закрытых помещениях за счет многократного отражения звука от ограждений возникает явление реверберации, т.е. послезвучания.

Шумы могут быть механического, аэро- и гидродинамического и электромагнитного происхождения. В первом случае шум вызывается вибрацией, одиночными и периодическими ударами в сочленениях деталей машин или конструкциях в целом; во втором случае - вихревыми процессами, пульсацией давления при движении в воздухе тел с большими скоростями, гидравлическими ударами, истечением сжатого воздуха и т.п.; в третьем - колебаниями элементов электромеханических устройств (например, ротора и статора). Высокие L создаются вентиляторными и газотурбинными установками, компрессорными станциями и транспортными средствами. Шумы могут быть постоянными (величина L изменяется во времени не более чем на 5 дБА) и непостоянными (изменение L во времени более 5 дБА). Для характеристики последних введено понятие эквивалентного (по энергии) уровня звука или LЭКВ дБА, с которым студенты знакомятся на лабораторных занятиях [3].

В населенных пунктах РФ основными источниками шума являются все виды транспортных средств и предприятия, не имеющие необходимых, правильно организованных СЗЗ. В них подвержены действий сверхнормативных LЭКВ=55...65 дБА и выше более 30% жителей. Например, в Москве зона акустического дискомфорта распространяется на площадь в 5233 га или на 30,3% площади жилой застройки, где свыше 3 млн. жителей подвергаются хроническому воздействий высоких L . В Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Н.Новгороде и т.д. на транспортных магистралях средние LЭКВ= = 73...83 дБА. а максимальные - 90...95 дБА; в жилых домах на примагистральных территориях LЭКВ= 62...77 дБА. значительно превышая ПДУ.

Прохождение авиационных трасс над жилой застройкой в зонах воздушных подходов аэропортов и военных аэродромов (например, Москва, Ростов-на-Дону, Хабаровск и др.) способствует увеличению площади акустического дискомфорта. Например, в зону интенсивного шумового воздействия аэропорта Домодедово (Москва) попадают 8 административных центров с общей площадью 900 км2. На ней LЭКВ достигают в дневное время 80...82 дБА, а в ночное - 78 дБА. В г. Твери существенное превышение LЭКВ над ПДУ создают военные самолеты Мигаловского аэродрома: зона интенсивного шума включает практически весь центр города за исключением его левобережной части.

Высокая шумовая нагрузка вызывает жалобы и функциональные нарушения отдельных систем организма, наблюдаемые у 61% проживающих в таких условиях. Адаптация к высоким уровням шума у человека практически отсутствует, а вызываемое шумом временное повышение порогов слуха (вначале к высокочастотным шумам, а потом и ко всему спектру шума) постепенно становится постоянным, т.е. развивается тугоухость. Воздействие шума приводит к повышению утомляемости человека, росту заболеваемости сердечно-сосудистыми, нервными и другими болезнями. Наиболее чувствителен к шуму детский организм.

Нормативы шума в жилых помещениях, общественных зданиях и на территории жилой застройки установлены в СН 3077-84 [10] и ГОСТ 12.1.036-81. Постоянный шум нормируется по предельным спектрам (ПС) и уровням звука по шкале A Lа в дБA, а непостоянный шум - по эквивалентным уровням звука LАЭКВ в дБА и максимальным уровням звука LAMAX в дБА.

ПС - это У3Д, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими f 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. Каждый ПС имеет свой индекс, например, ПС-25, где цифра 25 -нормативный УЗД в октавной полосе со среднегеометрической f = 1000 Гц, Уровень LA используется только для ориентировочной оценки (например, при проверке органами надзора и контроля, выявлении необходимости мер по шумоглушению и т.п.). Он связан с ПС зависимостью LA = ПС + 5, дБA.

Сн 3077-84 [10] и ГОСТ 12.1.036-81 устанавливают следующие нормативы в зависимости от времени суток:

) для жилых комнат квартир, домов отдыха, пансионатов и т.п. с 7 до 23 ч ПС-35 и на = 40 дБА (постоянный шум) или LАЭКВ= 40 дБА и LAMAX=55 дБA (непостоянный шум); с 23 до 7 ч ПС-25 и LA- 30 дБA или LАЭКВ= 30 дБA и LAMAX=45 дБА соответственно;

) для палат больниц и санаториев, операционных больниц с 7 до 23 ч ПС-30 и LA= 35 дБA или LАЭКВ= 35 дБА и LAMAX=50 дБA, а с 23 до 7 ч ПС-20 и LА = 25 дБA или LАЭКВ = 25 дБA и LAMAX= 40 дБA соответственно:

) для территорий, непосредственно прилегающих к зданиям больниц и санаториев, с 7 до 23 ч ПС-40 и LА = 45 дБA или LАЭКВ=

45 дБA и LAMAX 60 дБA, а с 23 до 7 ч ПС-30 и LA= 35 дБA или LАЭКВ= 35 дБA и LAMAX= 50 дБA соответственно для постоянного или непостоянного шума:

) для территорий, непосредственно прилегающих к жилым домам, зданиям поликлиник, домам отдыха, пансионатам, школам и другим учебным заведениям и библиотекам, с 7 до 23 ч ПС-50 и LA = = 55 дБА или LАЭКВ = 55 дБА и LAMAX= 70 дБА. а с 23 до 7 ч ПС-40 и LА= 45 дБА или LАЭКВ=45 дБА и LAMAX= 60 дБА соответственно для постоянного или непостоянного шума.

Измерения активных ЧЗД по ПС, LA ,LАЭКВ и LAMAX осуществляют в строгом соответствии с ГОСТ 23337-78* , с методикой которых студент знакомится на лабораторных занятиях [3] . Такие замеры выполняют в порядке надзора местные органы Госкомсанэпидемнадзора (районные и городские СЗС), а в порядке контроля - специализированные организации по договорам с учреждениями или общественными объединениями. Когда непосредственные измерения шума нельзя выполнить (например, в ходе проектирования микрорайонам. используют расчетный метод определения LА , LАЭКВ и LAMAX по методике, изложенной в разделе 8 пособия [2].

Защита от шума помещений зданий и территорий жилой застройки должна соответствовать требованиям СНиП 11-12-77 "Защита от шума" и руководств, разработанных в развитии данного СНиП. Вначале стремятся снизить мощности источников шума, т.е. применить менее шумные образцы оборудования и транспорта: обеспечить правильный монтаж и своевременное техническое обслуживание данного оборудования и транспорта. Кроме того, запрещают в ночное время суток выполнять работы по уборке улиц, дворов и тротуаров от мусора и снега, подавать звуковые сигналы на транспорте и нарушать тишину в помещениях жилых и общественных зданий и на площадках отдыха. Затем применяют строительно-акустические методы борьбы с распространяющимся шумом. Для чего используют в зданиях звукоизолирующие ограждающие конструкции (ОК), уплотнения по периметру притворов окон, ворот и дверей: рамы с двойным остеклением, звукоизоляцию мест пересечения ОК инженерными коммуникациями, звукопоглощающие конструкции, экраны, укрытия и кожухи: звукопоглощающие облицовки в газовоздушных трактах вентсистем с механическим побуждением и систем кондиционирования, а также установку глушителей шума вблизи вентилятора, на воздухозаборных и выхлопных системах. При планировке и застройке селитебных территорий городов и других населенных пунктов создают замкнутые кварталы, не пересекаемые транспортными магистралями: применяют рациональную ориентацию жилых зданий (например, торцами к источнику шума или за нежилым зданием: размещение окон со стороны, противоположной источнику шума, и т.п.), придорожные подпорные, ограждающие и специальные защитные стенки с поверхностной плотностью 30 кг/м2 и более, насыпи и выемки для размещения транспортных магистралей а также посадку зеленых насаждений вдоль транспортных магистралей. Последние чаще всего применяют в городах и других населенных пунктах. Ширину и тип полосы зеленых насаждений выбирают по табл. 36 СНиП II-12-77 в зависимости от требуемого уровня снижения звука, расчет которого см. в учебном пособии [2] В них используют породы быстрорастущих деревьев и кустарников, устойчивых к условиям воздушной среды населенного пункта и произрастающих в соответствующей климатической зоне.

Источниками инфразвука являются механизмы, имеющие частоту вращения вала меньше 20 Гц, городской транспорт и т.п. Большая длина волны инфразвука обеспечивает его распространение на значительные расстояния, достигающие десятков тысяч км.

При воздействии инфразвука нарушается пространственная ориентация, появляются головные боли, снижается внимание и работоспособность. В основе ряда симптомов лежит резонанс внутренних органов, имеющих те же резонансные частоты (например, резонанс сердца наступает при f = 7 Гц). ПДE инфразвука в селитебной зоне установлены СН 4948-89 [10] Нормируемыми параметрами постоянного инфразвука на территории жилой застройки являются УЗД L, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими f 2, 4, 6, 16 и 31,5 Гц, а непостоянного - эквивалентные (по энергии) УЗД LЭКВ тех же октавных полосах. Допустимая величина L и LЭКВ установлена не более 90 дБ в каждой из октавных полос.

Для снижения уровней инфразвука от промышленных источников на жилой территории следует применять: укрытие оборудования кожухами с повышенной звукоизоляцией в области низких f : увеличение звукоизоляции ОК промышленных сооружений путем повышения их жесткости или применения неплоских элементов: глушители на воздухозаборных шахтах компрессоров и вентоборудова-ния: повышение скорости движения транспорта.

 

5.7.2 Защита населения от вибраций

Вибрациями называют механические колебания материальных точек или тел, непосредственно передаваемые телу человека или отдельным его участкам. Вибрации, передающиеся на тело человека через его опору, называют общими, а передающиеся через руки - локальными.

Основными характеристиками вибраций являются: частота колебаний f, Гц (диапазон общих вибраций 0,8...80 Гц, локальных 1...1000 Гц), виброскорость V, м/с, виброускорение a , м/с , и вибросмещение S , м. Чаще применяют логарифмические уровни вибраций, дБ, определяемые по формулам:

= 20lg(V/VO), La=20lg(a/a) и LS = 20lg(S/SO), (5.8)

где V, а и S - среднеквадратические величины виброскорости, виброускорения и вибросмещения соответственно в м/с, м/с2 и м:VO,a и So - пороговая величина этих характеристик вибраций, которые соответственно равны: 5-10-8 м/с, 3-10-4 м/с2 и 8-10-12 м.

Вибрации вызывают практически неизлечимое профессиональное заболевание - вибрационную болезнь. Для ОПС существенное значение имеет в основном транспортная вибрация, которая воздействует на пассажиров и население, жилье которого расположено около транспортных магистралей. Движение рельсового транспорта, тяжелых грузовых автомобилей, поездов, метро (при его неглубоком залегании) способно создавать в жилых зданиях на удалении до 50 м LV, превышающие нормативы для ночного времени на 12-18 дБ.

Нормативные уровни вибраций в жилых помещениях установлены СН 1304-75 [10] и приведены в табл. 5.9. К данным уровням вносят поправки на характер вибрации (постоянная - 0, непостоянная - 10 с минусом), время суток (с 7 до 23 ч - 5 с плюсом, с 23 до 7 ч - 0) и длительность ее воздействия в дневное время за наиболее интенсивные 30 мин (при суммарной длительности 56...100% - 0, то же 18...56% -- 5 с плюсом, 6...18% - 10 с плюсом и менее 6% ~ 15 с плюсом).

Таблица 5.9. ПДУ вибраций в любом направлении (вертикальном или горизонтальном) жилого помещения.

Наименование уровня и единица его измерения	Среднегеометрические f октавных полос. Гц
	2	4	8	16	31,5	63
LV, дБ	79	73	67	67	67	67
La, дБ	25	25	25	31	37	43
Ls, дБ	133	121	109	103	97	91

Точки измерения (не менее трех) уровней вибраций располагаются на полу жилого помещения, удаленных друг от друга на расстоянии не менее 1,5 м. В каждой точке проводят измерения вибраций по трем взаимоперпендикулярным направлениям (вертикальному и двум горизонтальным). Количество измерений по каждому направлению должно быть не менее трех, результаты которых затем усредняются. Время одного замера в октавных полосах со среднегеометрическими f 2, 4 и 8 Гц должны быть не менее 20, 10 и 5 с соответственно, а в остальных полосах - не менее 3 с.

Защита от вибраций достигается уменьшением ее в источнике и применением виброгашения, виброизоляции и вибродемпфирования. Для уменьшения уровня вибраций ведут отстройку источника вибраций от режима резонанса, выбирают вибробезопасные технологии, машины, механизмы и виды оборудования. Виброгашение - это установка виброопасного оборудования на фундаменты в соответствии со СНиЛ II-19-79; виброизоляция - это размещение между источником вибрации и охраняемым объектом виброизолирующих опор или пружин, а в трубопроводах - это введение эластичных соединений в виде гибких виброизолирующих патрубков из резины или брезента. Уровень вибраций, создаваемых рельсовым транспортом, снижают за счет укладки и крепления рельс к массивным железобетонным шпалам (метод виброгашения). Вибродемпфирование - это уменьшение уровня вибрации за счет превращения механических колебаний в тепловую энергию, для чего в машинах с интенсивными динамическими нагрузками применяют материалы с большим внутренним трением (чугун с малым содержанием углерода и кремния, сплавы цветных металлов: медь-никель, никель-титан, никель-кобальт): на колеблющиеся объекты наносят вибродемпфирующие мастики, материалы и покрытия (мастика "Антивибрит", гидрозол, рубероид, пенопласт, винипор, покрытия ВД 17-58, ВД 17-59 и ВД 17-63). Их толщина должна быть равна 2-3 толщинам конструкции, на которые наносится покрытие.

 

5.7.3 Защита населения от неионизирующих электромагнитных загрязнений

Последние происходят из-за излучающей энергии определенных источников и образования при этом ЗИП, т.е. особой формы невидимой материи, в которой взаимосвязаны электрическое и магнитное поля. ЭМП возникли в связи с развитием радиоэлектроники и электроэнергетики (радиосвязь, компьютеры, телевидение, радиолокация, воздушные ЛЗП, тяговые и распределительные подстанции и т.д.). За последнее десятилетие интенсивность неионизирующих ЭМП возросла по сравнению с естественным фоном от 2 до 5 порядков (100...100000 раз), особенно вблизи ЛЭП, радио- и телевизионных станций, средств радиолокации и различных установок промышленного, научного, медицинского и бытового назначения.

Последствия этого колоссального увеличения интенсивности неионизирующих ЭМП еще далеко не выяснены, а мнения специалистов по этому вопросу достаточно противоречивы. Вместе с тем ВОЗ включила электромагнитное загрязнение среды обитания человека в число наиболее важных экологических проблем.

Неионизирующие ЭМП наблюдаются у действующих объектов и устройств, работающих как на промышленной частоте (50-60 Гц), так и на радиочастотах (от 30 кГц до 300 ГГц). Поэтому ниже рассмотрим их раздельно.

 

.7.3.1 Защита населения от воздействий ЗМП промышленной частоты

Неионизирующие ЭМП возникают вдоль ЛЭП и вблизи электроподстанций, работающих под напряжением свыше 1000 В. Как известно, электрическое, поле (ЭП) характеризуется электрической напряженностью Е, кВ/м, а магнитное поле (МП) - магнитной напряженностью Н, А/м. Медиками установлено, что неблагоприятные воздействия на человека ЭП наблюдаются при Е>=1 кВ/м, а МП - при Н = 160...200 A/м. Фактические значения Е составляют: для ЛЭП-220 кВ и ниже - до 1 кВ/м; ЛЗП- 330 кВ - 3,5...5 кВ/м; ЛЭП-500 кВ - 7,6..8 кВ/м и ЛЭП-750 кВ - 9...15 кВ/м, а Н<=20...25 А/м. При этом наибольшее значение Е отмечалось вместе максимального провисания провода, т.е. в точке проекции на землю крайних проводов и в 5 м от нее, снаружи от продольной оси трассы ЛЭП. Ширина зоны вредного воздействия (Е, электрических разрядов и тока отекания) ЗМП для человека изменяется в пределах 20...50 м от оси трассы ЛЭП в зависимости от напряжения в ЛЗП.

При оценке опасности ЭМП промышленной частоты в РФ ограничиваются только оценкой Е, так как она значительно превышает величину порогового действия ЭП. Это поле вызывает у людей нарушение функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, а также системы крови. При этом наблюдаются повышенная утомляемость, снижение точности рабочих движений, изменение кровяного давления и пульса; возникновение болей в сердце, сопровождающихся сердцебиением и аритмией. При эпидемиологических исследованиях населения РФ в 1995 г. выявлено увеличение частоты лейкозов у детей и заболеваемости раком взрослого населения в связи с воздействием ЭМП промышленной частоты. По мнению специалистов, именно магнитная компонента ЭМП определяет онкологический риск у населения.

Кроме того, ЭП обуславливает возникновение разрядов между человеком и металлическим предметом» имеющим иной, чем человек, потенциал. Величина разрядного тока может быть опасной для жизни человека или сопровождатся искрой, способной вызвать воспламенение или взрыв паров горючих материалов и смесей.

Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия ЭП, создаваемого воздушными ЛЭП переменного тока промыш-ленной частоты, (СНиП 2971-84) [10] устанавливают следующие ПДН Е, кВ/м: внутри жилых зданий - 0,5; на территории жилой застройки - 1; в населенной местности, вне жилой застройки/на территории огородов и садов - 5; на участках пересечения воздушных ЛЗП с автодорогами I..IV категории - 10; в населенной местности (незастроенные местности, сельхозугодья) - 15; в труднодоступной местности для транспорта и сельхозмашин, на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения- 20 кВ/м.

При Е > 1 кВ/м должны приниматься меры по исключению воздействия на человека ощутимых электроразрядов и токов стека-ния. К ним относят: 1) устройство СЗЗ вдоль воздушной ЛЭП-330 кВ (по обе стороны от нее) шириной 20 м от проекции на землю крайних фазных проводов в направлении перпендикулярном к ЛЭП-вдоль ЛЗП-500 кВ - то же, но шириной 30 м: ЛЭП-750 кВ -40 м и ЛЭП-1150 кВ - 55 м; 2) удаление проектируемой воздушной ЛЭП от границ населенного пункта не расстояние не менее 250 и 300 м до ее оси при напряжениях в ЛЭП соответственно 750 и 1150 кВ; 3) увеличение высоты подвеса фазных проводов и/или уменьшение расстояния между опорами ЛЭП; 4) применение экранирующих устройств: заземленной (не менее чем в двух местах) металлической сетки (на неметаллической кровле здания) или кровли, устройство над защищаемым объектом заземленных тросов, установка железобетонных заборов вокруг электроподстанций открытого типа или посадка деревьев и кустарника высотой не менее 2 м; 5) заземление в СЗЗ воздушной ЛЭП протяженных металлических, объектов (трубопроводов, кабелей, линий связи и т.п.), машин и механизмов на пневматическом ходу (металлическая цепь, соединенная с рамой или кузовом и касающаяся земли): 6) запрещение в пределах СЗЗ воздушных ЛЗП нахождение лиц в возрасте до 18 лет, размещение жилых и общественных зданий, различных площадок, складов нефти и нефтепродуктов, остановки транспорта- 7) разъяснительная работа среди населения о мерах безопасности при работах и нахождений вблизи воздушных ЛЭП напряжением 330 кВ и выше.

 

5.7.3.2 Защита населения от воздействий ЗМП радиотехнических объектов (РТО)

К этим объектам относят радиолокационные средства (РАС), широко используемые в авиации для управления воздушным движением, в метеорологии, системе ПВО, радиоастрономии и космических исследованиях, теле- и радиоцентры и станции. Их работа связана с излучением энергии и появлением ЭНП в ОС. Наиболее сильными источниками ЗМП являются РАС, у которых рабочие мощности достигают десятков МВт и выше. Они во всем мире имеют тенденцию к дальнейшему росту мощности излучения ЭМП и использованию наиболее биологически активной коротковолновой части радиочастотного диапазона.

Неионизирующие излучения и ЭМП РЛС, радио- и телецентров лежат в диапазоне частот 30 кГц.,.300 ГГц, что соответствует диапазону волн с длиной (ЛЯМДА) =103...10-3м. Их подразделяют на низкочастотные - НЧ (30..300 кГц с (ЛЯМДА) = 10 ...103м), среднечастотные - СЧ (300 кГц...З МГц с (ЛЯМДА - Л) =103...102м), высокочастотные - ВЧ (3...30 МГц с Л = lO2...10 м), очень высокочастотные - ОВЧ (30...300 МГц с Л = 10...1 м), ультравысокочастотные - УBЧ (300 МГц.,.3 ГГц с Л = 1...0,1 м), сверхвысокочастотные - СВЧ (3...30 ГГц с Л = 10...1 см) и крайне высокочастотные - КВЧ (30...300 ГГц с Л = 1...0,1 см). Антенные их системы, создающие эти излучения и ЭМП, работают в режиме кругового излучения (на радио- и телецентрах) и остронаправленного излучения с узкой диаграммой направленности (ширина основного лепестка в пределах 1О). Кроме того, имеются РЛС с неподвижными антеннами большой площади, в которых осуществляется направленное перемещение луча излучения и ЭМП - сканирование.

В ближней зоне РЛС выделяют зону индукции с радиусом, равным длине волны ЭМП - l, деленной на 2(ПИ - П)П, и волновую зону, лежащую за пределами 2Пl. Между этими зонами, т.е. в диапазоне l/2П...2Пl, лежит зона интерференции. В зонах ин-индукции и интерференции поочередно действуют Е и Н ЭМП, которые различны по величине. В волновой зоне интенсивность ЗМП оценивается по плотности потока энергии (ППЭ) в мкВт/см2 .

Высокие уровни ЭМП (100 мВт/см2 и выше) имеют место на территориях, окружающих объекты ПВО, в аэропортах и прилегающих населенных пунктах. Значения ППЗ в отдельных квартирах в 17,5 раза превышают ПДЧ (данные 1995 г.).

Воздействие ЭМП в рассматриваемом диапазоне частот на организм человека связано, прежде всего, с его нагревающим действием, наиболее выраженном в тканях с недостаточным кровоснабжением (хрусталик глаза, семенники и т.д.). Выраженное тепловое действие возникает при интенсивности ЭМП 10000 мкВт/см и более. Интенсивное облучение может вызывать катаракту (помутнение хрусталика) и бесплодие. Субтепловые интенсивности в основном воздействуют на центральную нервную систему, вызывая неспецифические астеновегетативные синдромы с жалобами на головные боли, повышенную утомляемость, раздражительность и т.п. В последние годы установлены влияния ЭМП на работу сердца, иммунных систем (наблюдается рост инфекционной заболеваемости) и на развитие потомства (даже при ЭМП малой интенсивности).

ПДУ ЭМП для населения установлены Временными санитарными нормами и правилами защиты населения от воздействия ЭМП, создаваемых РТО, или ВСН 2963-84 [10]. Их значения даются как для непрерывного круглосуточного излучения (табл. 5.10), так и для импульсного излучения, создаваемого метеорологическими, обзорными и им подобными РЛС. При этом для таких РЛС ПДУ ЭМП даются в зависимости от диапазона частот (УВЧ, СВЧ и КВЧ) и длин волн (0,8: 3, 10, 17, 23 и 35 см), частоты сканирования (0:0,1 и не более 0,25 Гц), времени облучения с однопорядковой интенсивностью и отношения продолжительности работы на излучение к общему времени работы их в сутки ( а = 0,5 или 1) и составляют:

) при а = 0,5 - соответственно 140, 60 и 20 мкВт/см2: 2) при а=1- соответственно 25, 24, 20, 15, 12 и 10 мкВт/см2. Для других РИС ПДУ ЗМП на селитебной территории не должно превышать 10 мкВт/см2 (детально см. ВСН 2963-84 [10]).

Таблица 5.10. ПДУ ЭМП для населения

Наименование диапазона	Диапазон частот	Диапазон длины волн	ПДУ Е и ППЭ
НЧ СЧ ВЧ ОВЧ УВЧ СВЧ	30………300 кГц 300……3000 кГц 3…………30 МГц 30………300 МГц 300……3000 МГц 3……..30 ГГц	10…1 км 1…0,1 км 100…10 м 10…1 м 1…0,1 м 10…1 см	25 В/М 15 В/М 10 В/М 3 В/М 10 мкВт/см2 10 мкВт/см2

* Диапазоны исключают нижний и включают верхний пределы частот, длины волны.

Для жилых помещений устанавлено ПДУ ЭМП на порядок ниже, а ППЭ не более 0,5 мкВт/см2.

Контроль за соблюдением ПДУ ЗМП осуществляют СЭС Госком-санэпидемнадзора РФ, применяя инструментальный и расчетный методы. Инструментальный метод предусматривает измерение уровней этого поля в соответствующих точках с помощью приборов NFM-1,

ПЗ-16, ПЗ-9, ПО-1, ИЭМП-2 и др. Он осуществляется при приеме в эксплуатацию РТО, гражданских зданий и сооружений и в порядке текущего санитарного надзора. Расчетный метод применяют в ходе проектирования РТО и гражданских зданий, для чего используется методика, изложенная в разделе 11 пособия [2].

Для защиты от воздействий ЗМП применяют коллективные (защита групп жилых зданий, участков или населенного пункта в целом) и локальные (защита отдельных строений, квартир или помещений) методы и средства. Первые включают снижение мощности излучения в его источнике, защиту расстоянием, изменение сектора или угла места излучения и применение естественных и искусственных экранов. Локальная защита в основном реализуется методом экранирования.

Основным средством уменьшения мощности излучения в источнике является применений поглощающих нагрузок при настройке, ремонте и эксплуатации РЛС. Если необходимо полное поглощение энергии излучения, то применяют оконечные нагрузочные сопротивления - поглотители мощности, которые представляют собой отрезки волноводов, заполненные радиопоглощающим материалом, переводящим излучающую энергию в тепловую. Для частичного поглощения энергии ЗМП применяются аттенюаторы, представляющие собой отрезки волноводов со специально подобранными диаметрами. Промышленностью выпускаются аттенюаторы с переменной или фиксированной мощностью для излучений ЭМП с Л = 0.004...3 м и мощностью 0,1.. 1ОО Вт.

Защита расстоянием основана на законе обратных квадратов (уменьшении энергии любого вида энергетического излучения обратно пропорционально квадрату расстояния), т.е.

ППЭ = Ризл * У/(4ПR2)

где Риал - мощность источника излучения, Вт: У - коэффициент усиления антенны;/R- расстояние от источника излучения, м.

Территория, на которой значения ППЗ и Е превышают уровни установленные ГОСТ 12.1.006-84*, является территорией "строго- го режима". Она должна быть ограждена, находиться под охраной, и не иметь жилых строений. В следующей зоне, где ПДУ для ППЭ Е ниже требований ГОСТ 12,1.006-84* и выше ПДУ для населения (в "зоне ограничений"), могут размещаться только административно-хозяйственные и общественные здания, в помещениях которых ППЭ и Е соответствуют нормам. В том случае, когда антенна РЛС работает в определенном секторе или фиксирована в одном направлении» зоны "строгого режима" и "ограничений" устанавливаются только в направлении излучений ЗМП.

ВСН 2963-84 предусматривают (при необходимости, т.е. в целях защиты населения от воздействий ЭМП) создание СЗЗ и зоны ограничения застройки. СЗЗ является площадь, примыкающая к технической территории РТО, т.е. к территории "строгого режима". Внешняя ее граница определяется на высоте до 2 м от поверхности земли по ПДУ ЗИП, т.е. до точки, где Е или ППЭ равно ПДУ, приведенному в табл. 5.10. Зоной ограничений застройки является территория, где на высоте более 2 м от поверхности земли превышаются ПДУ. Внешняя ее граница определяется по максимальной высоте зданий перспективной застройки, на уровне верхнего этажа которых уровни ЗИП не превышают значений ПДУ, приведенных в табл. 5.10.

Защита от воздействий ЭМП может проводиться и путем изменения сектора излучения, если в него попадают населенные пункты, например, за счет изменения маршрутов самолетов, проводку которых обеспечивает данная РЛС. Можно увеличить угол места, т.е. угол между главным лучом и горизонтом, и тогда максимум энергии ЗИП пройдет выше хилых зданий. Если это невозможно, то используют размещение антенн на специальных насыпях.

Для защиты от воздействий ЗМП широкое применение находят естественные и искусственные экраны. Например, лес, расположенный между РЛС и селитебной зоной, обеспечивает ослабление ЭМП в зависимости от частоты излучений на 0,05...О,4 дБ/м. В качестве экранов могут использоваться нежилые постройки, возвышенности, лесополосы. Иногда применяют обваловку позиций РЛС. Могут устанавливаться и специальные экраны, в которых применяют металлы, сеточные материалы, токопроводящие краски, металлизацию поверхностей, специальные ткани, стекла с токо-проводящим покрытием и радиопоглощающие материалы. Все перечисленные материалы для изготовления экранов обладают способностью отражать и частично поглощать энергию ЭМП. Выбор конкретных материалов для экранов зависит от глубины проникновения излучения в экране (расстояние от входа в экран вдоль распространения излучения, на котором амплитуда падающей волны уменьшается в 2,73 раза), диаметра проволоки, шага сетки и т.п.

Необходимость применения перечисленных мер защиты вытекает из того, что размер СЗЗ современных РЛС, обеспечивающих главным образом полеты авиации, в среднем составляет около 3000 м даже при размещении их антенн на высоте 8...12 м. Так, у РЛС, обеспечивающих работу аэродрома в Мигалово, радиус СЗЗ, т.е. зоны с ППЭ, превышающими нормативы, составляет около 7 км. Это означает, что почти на 70 тыс. жителей Твери систематически воздействует ЭМП с интенсивностью, превышающей установленные ПДУ. В подобных ситуациях помимо средств коллективной защиты целесообразно; шире применять локальные методы, а именно: оклеивание стен специальными металлизированными обоями, засвечивание окон, установка специальных стекол и металлизированных штор. При использовании в быту приборов, основанных на СВЧ-излучении, необходимо повышать радиогерметизацию их стыков и сочленений, следить за исправностью экранирующих кожухов.

В случае необходимости размещения объектов гражданского строительства в зоне ограничений застройки следует применять коллективные и локальные методы и средства защиты от воздействий ЭМП, указанные выше. На стадии разработки проекта планировки и застройки ВСН 2963-84 также рекомендует: использовать экранирующий эффект зданий и сооружений при размещении открытых площадок отдыха и спорта; размещать здания торцом или фасадом с наименьшей площадью остекления к источнику ЭМП, а в противном случае применять здания галерейного типа, ориентированные жилыми помещениями в сторону, противоположную излучению; выполнять ОК и кровли зданий из материалов с высокмим ра-диоэкранирующими свойствами (железобетон) или покрытие ОК со стороны РТО заземленной металлической конструкцией: по возможности применять защитные стенки, козырьки, глубокие лоджии и т.п.: максимально озеленять территорию застройки, а площадь твердого покрытия проездов, тротуаров и пешеходных дорожек принимать минимальной и использовать песок, грунт или гравий со щебенкой для их создания.

 

5.7.4 Защита ОПС от тепловых загрязнений СТЗ)

Они обусловлены высокими потреблением и рассеиванием энергии в промышленных центрах и городах. Наиболее уязвимыми к ТЗ с экологической точки зрения оказываются поверхностные воды в районах с ТЭЦ, АЭС и других источников нагретых стоков. Несмотря на повсеместное внедрение систем оборотного водоснабжения сбросы теплых СВ в поверхностные водоемы остаются значительными» Вследствие этого нарушается установившийся гидрологический режим, водоемы позже покрываются льдом, раньше освобождаются от него, а иногда вообще, становятся незамерзающими (например, р. Тьмака или Тверца). При этом меняется флора и фауна водоемов, исчезают ценные породы рыб, падает их численность. Кроме того, ухудшается температурно-влажностный режим в близлежащих населенных пунктах и увеличивается заболеваемость населения.

Высокий уровень энергопотребления больших городов и промцентров сказывается на состоянии атмосферного воздуха. Его температура повышается на несколько градусов. меняется характер перемещения воздушных масс и повышается объем выпадающих осадков. Существенно снижается прозрачность воздуха, что уменьшает поток ультрафиолетового облучения (УФО) на 20-25%, а это в свою очередь сказывается на витаминном обеспечении организма (определенные уровни УФО необходимы для образования в коже человека витамина Д, играющего существенную роль в формировании костной системы и защитных реакциях организма на различные патогенные воздействия).

Неблагоприятные эффекты ТЗ вод требуют повсеместного внедрения систем для охлаждения производственных стоков (градирен). Важную роль играет экономия топлива. Защита от ТЗ атмосферного воздуха больших городов и промцентров обеспечивается рациональными объемно-планировочными решениями, создающими условия для проветривания жилых кварталов, разделением промышленной и селитебной зон, уменьшением удельной энергоемкости продукции, выбором ресурсо- и энергосберегающих технологий, использованием "вторичного" тепла для различных целей (в том числе и для обогревания парников, теплиц и зданий), повсеместной экономией тепло- и энергоресурсов и т.п. В этом отношении весьма перспективными являются инженерные решения по утилизации низко- и среднепотенциальной тепловой энергии. Так, для утилизации энергии уходящих газов дымовых печей и сушильных камер широко используются рекуперативные пластинчатые теплообменники, подогревающие приточный воздух в системах вентиляции и воздушного отопления, тепловых завес и т.п. Применяются также модульные утилизационные теплообменники на стационарных двигателях внутреннего сгорания, передающие теплоту уходящих газов для систем снабжения горячей водой предприятий, жилья, тепличных хозяйств. Для утилизации теплоты отходящих газов стекловаренных печей выпускаются серийные котлы-утилизаторы Г-345 и т.п.

6. ОСНОВЫ ЭКОНОМИКИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

6.1 Взаимоотношения человеческого общества и природы, варианты его решения

В основе взаимодействия человеческого общества и природы лежит естественный процесс изъятия из ПС необходимых для существования человека веществ (пищи, воды, леса, сырья и т.д.) и одновременное выделение в ОПС продуктов жизнедеятельности, отходов обработки и переработки сырья.

Современная модель взаимодействия общества и природы представлена на рис. 6.1. С функциональной точки зрения ее рассматривают как систему прямых и обратных связей, функционирующих в двух органически связанных между собой подсистемах. Подсистема-”природа - общество” выполняет экологическую функцию. имеющую жизнеобеспечительное значение. Она отражает экологические интересы общества и отдельного человека в здоровой и продуктивной для жизни ПС. Действие этой подсистемы подчиняется естественным законам развития. Подсистема "общество - природа" построена на обратном воздействии человека на среду своего обитания через потребление ПР и использование ее в качестве условия, средства и места жизни. Она выполняет экономическую функцию, подчиняется социальным законам развития материи и выражает экономические интересы общества.

В центре системы "природа - общество - природа" стоит человек, развитие которого подчинено в равной степени естественным и социальным законам движения материи. По своей биосоциальной сущности он одновременно выступает объектом и субъектом этой эколого-экономической системы. Как объект системы он испытывает на себе влияние законов развития естественного мира, являясь звеном единой экологической системы природы. Выступая субъектом» человек сам оказывает влияние на природу, приспосабливая ее в соответствии с законами общественного развития для удовлетворения своих материальных потребностей, действуя как звено социального организма, элемент его производительных сил. Налицо двуединая сущность человека. Она консолидирует естественную и социальную подсистемы в единую эколого-экономическую систему "природа - общество - природа".

Взаимодействие человека и среды его обитания в этой системе общественных связей приобретает характер общественного производственного отношения. Особенность такого отнесения в том, что оно выражает единство и борьбу двух противоположностей - экологических и экономических интересов развития общества. Единство этих интересов обеспечивается тем, что оба они образуют жизненный статус человека как субъекта данного общественного отношения, а противоположность обуславливается функционированием в этой системе двух разнохарактерных подсистем (естественной и социальной), развивающихся по свойственнымим законам движения.

Таким образом, противоположность экономических и экологических интересов существует объективно. Она заложена в самой системе "природа - общество - природа". Ввиду физической ограниченности естественных ресурсов Земли (см. выше), существующей разницы между безотходной технологией природы и общественным производством (исторически ориентированное на потребление ПР и образование отходов), удовлетворение экономических интересов, связанное с использованием и потреблением природной материи, неизбежно вносит негативное изменение в естественную среду. Эти изменения обусловлены истощением и загрязнением ПС, что отражается на качестве выполняемой природой экологической функции. В ряду случаев (например, в районе Арала) природа оказывается не в состоянии без помощи человека сохранить оптимальные биологические условия жизни. Особенно обострилась борьба этих противоположностей в период НТР, " когда масштабы воздействия хозяйственной деятельности на ПС стали поистине гигантскими. Поэтому возникла проблема определения оптимального соотношения экологических и экономических интересов.

Критериями оценки экологических последствий являются: 1) уровень отклонения в нормальном функционировании природных экосистем; 2) характер экологических потерь в ПС; 3) возможность влияния изменений в ПС на здоровье человека, а также на состояние растительного и животного мира. Экономические последствия определяются показателями: 1) затраты на мероприятия по предупреждению вредного воздействия на ОПС; 2) экономическая эффективность от планов и мероприятий по ОП; 3) экономический ущерб от наступления отрицательных последствий вредного воздействия на ОПС либо от внедрения мер экологической защиты ОПС. В зависимости от оценки последствий хозяйственного воздействия на ОПС в рамках социальной эффективности принимают варианты решения взаимоотношений общества и природы. Их может быть три.

Первый вариант строится на альтернативе экономических и экологических интересов с приоритетом требований ООС. Это связано с очевидностью необратимости экологических потерь и неотвратимости негативных изменений в естественной среде, что создает угрозу здоровью человека и нормальному функционированию экосистем. Поэтому в РФ действует решение об ограничении строительства новых и расширения действующих энерго- и водоемких производств в Европейской ее части.

Второй вариант основывается на сочетании экологических и экономических интересов. Он применяется в случаях, когда развитие хозяйственной деятельности сопровождается мерами по защите ОПС, предупреждений и устранению наносимого вреда и воспроизводству ПР региона, страны. Примером является установление

и применение в РФ и других странах ПДК, ПДВ и ПДС вредных веществ в ОПС, Они не ограждают ее от влияния хозяйственного развития, но служат гарантией отсутствия в ней негативных изменений, а также нарушения здоровья человека или воспроизводства растительного и животного мира.

Третий вариант исходит из возможности совмещения хозяйственных и природных интересов в рамках единого эколого-зкономического отношения к охране ОПС. Достигаемый при этом экологический эффект становится экономической выгодой деятельности предприятия, которая одновременно оборачивается для него экологическим эффектом. Примером является внедрение мало- и безотходной технологий, минимизация и утилизация отходов, регенерация исходных материалов, утилизация и рекуперация вторичных топливо энергетических ресурсов и т.п.

Наиболее целесообразным и перспективным является третий вариант. Для его реализации человечество должно научиться у природы безотходной технологии, прекратить выбросы отходов в ОПС, полностью перерабатывая их во вторичные полезные обществу продукты. При этом отходы одного промышленного производства могут служить исходным сырьем для другого. Именно такой комплексный подход к проблеме взаимодействия общества и природы обеспечит успешное развитие нашей цивилизации.

6.2 Экологическая экспертиза хозяйственной и иной деятельности

Экологическая экспертиза (ЭЭ) - это установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта ЭЭ. Ее целью является предупреждение возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на ОПС и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий при реализации данного объекта. Она является обязательной мерой охраны ОПС до принятия хозяйственной и иной деятельности.

ЭЭ осуществляется в соответствии с ФЗ РФ "Об экологической экспертизе" (1995 г.) и рядом НТД по ОП, развивающих данный закон.

ЭЭ основывается на принципах: 1) презумпции потенциальной экологической опасности любой намечаемой деятельности; 2) обязательности проведения государственной ЭЭ до принятия решений о реализации объекта ЭЭ; 3) комплексности оценки воздействия на ОПС деятельности и его последствий; 4) обязательности учета

требований экологической безопасности при проведении ЭЭ; 5) достоверности и полноты информации, представляемой на ЭЭ; 6) независимости экспертов ЭЭ в ходе осуществления ими своих полномочий; 7) научной обоснованности, объективности и законности заключений ЭЭ; 8) гласности, участия общественных организаций (объединений), учета общественного мнения; 9) ответственности участников ЭЭ и заинтересованных лиц за организацию, проведение и качество ЭЭ.

В РФ ЭЭ может быть государственной (ГЭЭ) и общественной (ОЭЭ). ГЭЭ организуется и проводится: на федеральном уровне -Департаментом ГЭЭ Госкомэкологии РФ; на уровне субъектов РФ -специализированными подразделениями (управления, отделы) республиканских. краевых и областных (а в Москве и Санкт-Петербурге - городских) комитетов ООС. К ГЭЭ привлекаются внештатные эксперты из числа ученых и специалистов по экологическим, экономическим, правовым и иным вопросам в области ОПС, экологической безопасности и рационального использования всех видов ПР. ОЭЭ организуется и проводится по инициативе граждан и общественных организаций (объединений), а также по инициативе органов местного самоуправления общественными организациями (объединениями), основным направлением которых в соответствии с их уставами является охрана ОПС (в том числе организация и проведение ЭЭ) и которые зарегистрированы в установленном в РФ порядке.

Объектами обязательной ГЭЭ федерального уровня являются:

1)       проекты правовых актов РФ, нормативно-технических и инструктивно-методических документов РФ, реализация которых может привести к негативным воздействиям на ОПС;

2)       материалы, подлежащие утверждению органами госвласти РФ и предшествующие разработке прогнозов развития и размещения производственных сил на территории РФ (т.е. проекты комплексных и целевых федеральных программ, генпланов развития территорий свободных экономических зон и территорий с особым режимом природопользования, схем развития отраслей народного хозяйства РФ, генсхем расселения, природопользования и территориальной организации производственных сил РФ, крупных регионов и национально-государственных образований и т.п.);

)         ТЭО и проекты строительства, реконструкции, расширения, технического перевооружения, консервации и ликвидации организаций и иных объектов хозяйственной деятельности РФ и другие проекты» осуществление которых может оказать негативное воздействие на ОПС в пределах двух и более субъектов РФ;

)         ТЭО и проекты хозяйственной деятельности, которая может оказывать воздействие на ОПС сопредельных государств;

)         материалы по созданию организаций горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, предусматривающие использование ПР, которые находятся в ведении РФ;

)         проекты международных договоров;

)         проекты технической документации на новую технику, технологию, материалы, вещества, сертифицируемые товары и услуги, которые входят в перечень, утвержденный Госкомэкологией РФ;

)         проекты схем охраны и использования водных, лесных, земельных и других ПР, находящихся в ведении РФ;

)         объекты ГЭЭ, ранее получившие положительное заключение ГЭЭ, в случае их доработки, изменения условий природопользования, реализации с отступлениями от утвержденной документации, истечения срока действия положительного заключения ГЭЭ или внесения изменений в проектную или иную документацию после получения положительного заключения ГЭЭ (полный их перечень см. в ст. 11 вышеуказанного ФЗ РФ).

Объектами обязательной ГЭЭ на уровне субъектов РФ являются вышеперечисленные объекты, но находящиеся в ведении конкретного субъекта РФ, а также все виды градостроительной, документации (Схемы и проекты районной планировки административно-территориальных образований; генпланы городов, других поселений и их систем; проекты городской и поселковой административной черты, а также сельских поселений; генпланы территорий, подведомственных органам местного самоуправления, а также селитебных, промышленных, рекреационных и других функциональных зон; проекты детальной планировки общественного центра, жилых районов и магистралей городов; проекты застройки кварталов и участков городов и других поселений), проекты рекультивации земель, нарушенных в результате различных видов работ, и т. д. (полный их перечень см. в ст. 12 ФЗ РФ).

Объектами ОЭЭ являются все вышеуказанные объекты, по которым проводится обязательная ГЭЭ федерального уровня и уровня субъекта РФ. Исключением для ОЭЭ являются объекты, сведения о которых составляют государственную, коммерческую и/или иную охраняемую тайну.

ГЭЭ (в том числе повторная) проводится при условии соответствия формы и содержания представленных материалов: 1) документации по объекту ГЭЭ в объеме, установленном Департаментом ГЭЭ или специализированным подразделением Госкомэкологии субъекта РФ, и содержащей материалы оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) данного объекта ГЭЭ, которые выполнены в строгом соответствии с Положением об ОВОС в РФ, утвержденным

Минприродой РФ 18.04.94 г.; 2) положительных заключений и/или документов согласований органов федерального надзора и контроля (например, Госгортехнадзора РФ, Госатомнадзора РФ и т.д.) с органами местного самоуправления; 3) заключений федеральных органов исполнительной власти по объекту ГЭЭ в случае его рассмотрения данными органами и заключений ОЭЭ в случае ее проведения; 4) материалов обсуждений по объекту ГЭЭ с гражданами и общественными организациями (объединениями), организованных органами местного самоуправления.

Начало срока проведения ГЭЭ устанавливается не позднее одного месяца после ее оплаты (источник финансирования органов ГЭЭ в РФ) и приемки комплекта необходимых материалов и документов, указанных выше. Продолжительность ГЭЭ определяется сложностью объекта ГЭЭ (в Тверской области простой объект - 1 мес., средней сложности - 3 мес. и очень сложный - 6 мес.), но не более 6 месяцев. ГЭЭ проводится экспертной комиссией (штатные + внештатные эксперты), образованной соответствующим органом ГЭЭ для конкретного объекта экспертизы. Итоговым результатом проведения ГЭЭ является заключение.

Оно подготавливается назначенной экспертной комиссией и содержит обоснованные выводы о допустимости воздействия на ОПС рассматриваемого объекта и о возможности его реализации в жизнь. Заключение считается принятым, если его одобрило квалифицированное большинство списочного состава указанной экспертной комиссии. К нему прилагают особые обоснованные мнения ее экспертов, несогласных с принятым этой экспертной комиссией заключением. Оно подписывается руководителем, ответственным секретарем и всеми членами экспертной комиссии и не может быть изменено без их согласия. После его утверждения Департаментом ГЭЭ или специализированным подразделением Госкомэкологии РФ субъекта РФ такое заключение приобретает статус заключения ГЭЭ. Утверждение заключения является актом, подтверждающим соответствие порядка проведения ГЭЭ требованиям НТД по ОП, действующих в РФ и ее субъектах. Повторное проведение ГЭЭ осуществляется только на основании решения суда или арбитражного суда.

Заключение ГЭЭ по всем объектам, за исключением проектов нормативных правовых актов РФ и ее субъектов, может быть положительным или отрицательным. Положительное заключение является одним из обязательных условий финансирования и реализации объекта ГЭЭ в течение определенного срока, установленного органом ГЭЭ. Правовым последствием отрицательного заключения является запрет реализации этого объекта. При получении отрицательного заключения ГЗЭ Заказчик вправе представить материалы на повторную ГЭЭ при условии их переработки с учетом изложенных замечаний. Несоблюдение требования обязательного проведения ГЭЭ проекта международного договора является основанием для признания его недействительным. Заключение ГЭЭ по проектам нормативных правовых актов РФ или ее субъектов рассматриваются принимающими эти акты органами госвласти.

В 1995 г, органами ГЭЭ РФ было рассмотрено более 80 тыс, документов (схем развития регионов, ТЭО строительства, проектов строительства, реконструкции и т.д.), из которых 18% отклонено и отправлено на доработку. Наиболее частыми причинами отрицательного заключения ГЗЗ являются: некомплектность документации (нет ОВОС объекта ГЭЭ), отсутствие необходимых согласований и заключений органов госконтроля и надзора; отсутствие раздела "Охрана ОС" или его разработка с отступлением требований СНиП 11-01-95, безвариантность принимаемых решений, использование устаревших методик расчета выбросов и сбросов и т.д. Многие из недостатков обусловлены низкой квалификацией разработчиков представляемых материалов.

С ОВОС объекта ГЭЭ студенты знакомятся при изучении дисциплин, "Строительная экология" или "Инженерная экология", или "Безопасность жизнедеятельности".

ОЭЭ проводится до ГЭЭ или одновременно с ней. Она может проводиться независимо от ГЭЭ на тех же объектах ЭЭ. Общественные организации (объединения), осуществляющие ОЭЭ, имеют право: 1) получать от Заказчика документацию, подлежавшую ЭЭ, в требуемом объеме; 2) знакомиться с НТД, устанавливающей требования к проведению ГЭЭ: 3) участвовать в качестве наблюдателей через своих представителей в заседаниях экспертных комиссий ГЭЭ и в проводимом ими обсуждении заключений ОЭЭ. Эти организации (объединения) обязаны известить население о начале и результатах проведения ОЭЭ.

Заключение ОЭЭ направляется в орган ГЭЭ РФ или ее субъекта, заказчику документации, подлежащей ОЭЭ, органам, принимающим решение о реализации данного объекта, органам местного самоуправления и другим заинтересованным лицам. Она приобретает юридическую силу после утверждения его органом ГЭЭ РФ или ее субъекта. Финансирование ОЭЭ осуществляется за счет средств общественных организаций (объединений), общественных экологических и других фондов, целевых добровольных денежных взносов граждан и организаций, а также за счет средств, выделяемых органами местного самоуправления.

Заказчики документации, подлежащей ЭЭ, имеют определенные права и обязанности, а также несут уголовную, административную, материальную и гражданско-правовую ответственность за нарушения законодательства об ЭЭ. Такую же ответственность несут органы ГЭЭ, руководители и члены экспертных комиссий за соответствующие нарушения (детально см. раздел UII ФЗ РФ "Об экологической экспертизе").

6.3 Оценка ущерба от загрязнений ОПС

Как известно, загрязнения ОПС наносят ущерб не только природе, но и народному хозяйству, здоровью и самочувствию людей. Он проявляется одновременно в нескольких аспектах: моральном, эстетическом, престижном, натуральном, социальном, экономическим и правовом.

В моральном плане ущерб от загрязнения ОПС наиболее ощутим в ухудшении настроения из-за потери свободного времени, предназначенного для другого использования, в отрицательных эмоциях по поводу болезни родных и близких, гибели зеленых насаждений в месте проживании или на даче и т.д. В эстетическом аспекте такой ущерб ощутим в виде утраты важных для нас качеств ОПС (например, красивых пейзажей и гармоний ландшафта, памятников истории и т.п.). В престижном плане ущерб от загрязнений ОПС проявляется в отрицательном отношении человека к загрязненному району проживания и места отдыха его семьи. Названные выше виды ущерба трудно поддаются выражению в денежной форме, но легко их определяют методом опроса,

В натуральной форме ущерб от загрязнений ОПС выражается в натурных показателях (например, кг, ч и т.д., имеющих стоимостное выражение) снижения урожайности сельскохозяйственных культур или продуктивности скота и птицы, уменьшения срока службы основных фондов, увеличение числа заболеваемости людей. Социальный ущерб от загрязнений ОПС проявляется в повышенной заболеваемости населения, сокращении продолжительности жизни людей или увеличении затрат населения на борьбу с загрязнением в домашнем хозяйстве, а также в росте стоимости очистки воды и т.п. Моральный, эстетический, престижный, натуральный и социальный ущербы очень тесно взаимосвязаны. Поэтому в экономических расчетах их объединяют в одну форму ущерба - социальную.

Экономический ущерб отражает фактические или возможные потери, отрицательные изменение природы и живых существ, кото-

рые возникают от каких-либо действий (или воздержания от них), наступления событий и их комбинаций, выраженные в стоимостной форме. В обобщенном виде он является как бы стоимостным отражением отрицательных изменений в природе, человеческом обществе и неживых объектах, происходящих в результате нарушения экологического равновесия в ОПС. Экономический ущерб часто классифицируют по пяти группам: 1) потенциальный, не требующий затрат на его ликвидацию в настоящее время; 2) возможный, наблюдаемый при отсутствии природоохранных мероприятий, снижавших выброс или сброс 3В. Он показывает ущерб в перспективе при возможном загрязнении воздушного или водного бассейна; 3) фактический (расчетный), который оценивает в денежном выражении потери или отрицательные изменения флоры и фауны при загрязнении ОПС; 4) предотвращенный, т.е. разность между возможным и фактическим ущербами за какой-то период времени; 5) ликвидированный, т.е. часть фактического ущерба, на которую он уменьшился в результате осуществления мероприятий по ООС. Более подробно вопросы экономики природопользования рассматриваются ниже, а также в специальных разделах дисциплины "Экономика".

Правовой аспект ущерба проявляется в виде денежных штрафов или санкций, вытекающих из УК РФ (детально см. подраздел 7.3). Он является в какой-то степени эквивалентом других ущербов.

По времени действия ущерб может быть явным и скрытым, текущим и прогнозируемым (например, на 5, 10 или 13 лет, на период далекой перспективы). По масштабу действия ущерб различают: глобальный, континентальный, региональный и локальный (от предприятия или источника загрязнения).

6.4 Экономический механизм природопользования в РФ

Основными элементами современного экономического механизма природопользования в РФ являются плата за загрязнения ОПС и за пользования ПР. Так, с 1993 г. Правительством РФ введен новый механизм определения платы и ее предельных размеров за загрязнения ОПС, размещение отходов и другие виды (шум, вибрация, электромагнитные, радиационные и т.п.) вредных воздействий. Минприродой РФ в 1993 г. были утверждены базовые нормативы платы по каждому 3В, отходу и виду вредного воздействия с учетом их опасности для ОПС и здоровья населения. Базовые нормативы платы предусмотрены трех видов (конкретные их значения см. в учебном пособии [2, табл. 7.1...7.4]): 1) за выбросы и сбросы 3В в пределах нормативов (ПДВ, ПДС) - Б1, руб./т; 2) за выбросы и сбросы 3В, размещение отходов или другой вид вредного воздействия в пределах установленных лимитов (ВСВ, ОДУ) -Б2, руб./т; 3) за сверхлимитные выбросы и сбросы 3В (выше ВСВ, ОДУ или когда не утверждены ПДВ и ПДС или ВСВ и ОДУ), размещение отходов или другой вид вредного сверхлимитного воздействия - 5Б2, руб./т.

Для отдельных регионов и бассейнов рек установлены коэффициенты экологической ситуации и экологической значимости - Кэ, учитывавшие природно-климатические особенности территории, значимость природных и социально-культурных объектов. Так, для Центрального региона РФ по состоянию атмосферного воздуха Кэ = 1,9, а для г. Твери и других городов области Кэ = 2,28; по состоянию почвы - Кэ = 1,6, который применяется при взимании платы за размещение отходов. Значения Кэ для водных объектов устанавливаются по бассейнам морей и рек. В частности, для водных объектов Тверской области Кэ =1,1б или Кэ = 1,08, впадающих в бассейны соответственно Каспийского моря и реки Волги или Балтийского моря и реки Нева. При этом Кэ увеличиваются в 2 раза для природопользователей, расположенных на территории национальных парков, особо охраняемых и заповедных территориях, в эколого-курортных регионах.

С учетом Кэ определяются дифференцированные ставки платы, руб./т, за загрязнения ОПС по формулам:

Д1i= Б1iКэ; Д2j= Б2jКэ и Дзк= 5 Д2к (6.1)

где і = 1, 2, 3,...n - 3В. у которых выбросы и сбросы ниже или равны ПДВ и ПДС; j = 1, 2, 3,...m - 3В, у которых выбросы и сбросы выше ПДВ и ПДС, но не более ВСВ и ОДУ; отходы не более установленного лимита; К = 1, 2, 3,... n1 - 3В, у которых выбросы, сбросы и отходы по массе выше лимитных, т.е. сверхлимитная масса 3В. Если у природопользователя нет оформленного разрешения на выбросы, сбросы 3В (т.е. нет ПДВ, ПДС или ВСВ, ОДУ) и размещение отходов, то вся фактическая масса 3В и отходов учитывается как сверхлимитная.

Суммарные платы, руб., за загрязнения атмосферы и гидросферы соответственно определяются по формулам:

(6.2)

где Пда и Пдг - платы за загрязнения соответственно атмосферы не выше ПДВ и гидросферы не выше ПДС, равные сумме произведений Д1i на фактические массы i-3B в год или квартал, руб.; Пла и Плг - платы за загрязнения соответственно атмосферы не выше ВСВ и гидросферы не выше ОДУ, равные сумме произведений Д2j на фактические массы j-ЗВ в год или квартал, руб.; Псва и Псвг - платы за сверхлимитное загрязнение соответственно атмосферы и гидросферы, равные сумме произведений Дзк на фактические массы К-ЗВ в год или квартал, руб.

Суммарные платы, руб., за размещение отходов и тепловое загрязнение вод соответственно определяются по формулам:

        (6.3)

где Пл0 - плата за размещение лимитных отходов, равная сумме произведений Д2j на фактические массы отходов j-3B в год или квартал, руб.; Псв0 - плата за размещение сверхлимитных отходов, равная сумме произведений Д3к на фактические массы К-ЗВ в год или квартал, руб.; Плтз - плата за тепловое лимитное загрязнение вод, равная сумме плат за соответствующие месяцы года, млн. руб.; Псвтз - плата за тепловое сверхлимитное загрязнение вод, равная сумме произведений пяти плат за остальные месяцы года, млн. руб. (см. табл. 7.4 пособия [2]).

Итоговая плата, руб., за загрязнения ОПС предприятием вычисляется по формуле

          (6.4)

где Ки - коэффициент индексации, принимаемый каждым субъектом РФ (в Тверской области Ки = 42 с 01.01.97 г.). Более детальный расчет платы за загрязнения ОПС АО или иным хозяйствующим субъектом приведен в разделе 7 пособия [2], а по расчету платы за загрязнение атмосферного воздуха при эксплуатации автомобилей - в разделе 5 данного пособия.

Для малых предприятий, организаций и учреждений, а также хозяйствующих субъектов, у которых нет экологического паспорта, Тверьоблкомприродой разработаны усредненные нормативы платы за загрязнения ОПС (табл. 6.1).

Юридические лица ведут поквартальный расчет платы за загрязнения ОПС и перечисление средств за вычетом затрат на выполненные ими природоохранные мероприятия на расчетный счет областного фонда ОП до 20 числа следующего месяца за отчетный квартал. По истечении установленного срока суммы платежей взыскиваются с них в безакцептном порядке с учетом пени в размере 0,5% суммы платежа за каждый календарный день просрочки. Источники платежей у них следующие: 1) за выбросы до ПДВ и сбросы до ПДС 3В - за счет себестоимости продукции (работ, услуг); 2) за выбросы до ВСВ и сбросы до ОДУ 3В. размещение лимитных отходов и за тепловые лимитные загрязнения - за счет прибыли, оставшейся в распоряжении юридического лица; 3) за сверхлимитные выбросы и сбросы 3В, размещение отходов и тепловые загрязнения - % от прибыли, оставшейся в распоряжении юридического лица. Этот % должен быть дифференцированным для той или иной отрасли народного хозяйства, в зависимости от ее экономических особенностей.

В настоящее время он (%) не установлен в РФ и поэтому сверхлимитные загрязнения оплачиваются за счет прибыли. Если указанные платежи равны или превышают размер прибыли, то госорганы ООС (Госкомэкология РФ и ее органы в субъектах РФ) и санэпидемнадзора (Госкомсанэпидемнадзор РФ и его центры в субъектах РФ), а также соответствующие госорганы исполнительной власти рассматривают вопрос о приостановке или прекращении деятельности АО или иного хозяйствующего субъекта.

Средства, поступающие от юридических лиц за загрязнения ОПС, распределяется так: 90% на спецсчет внебюджетных госэкофондов и 10% в Федеральный бюджет РФ, Из 90% средств 10% отчисляются в федеральный экофонд. Плата не освобождает юридических лиц от выполнения мероприятий по охране ОПС, а также возмещения в полном объеме вреда, причиненного ОПС, здоровью и имуществу граждан, народному хозяйству загрязнением ОПС.

Плата за ПР (земля, недра, вода, лес и иная растительность, животный мир, рекреационные и другие ПР) взимается: 1) за право пользования ПР в пределах установленных лимитов; 2) за сверхлимитное и нерациональное использование ПР; 3) на воспроизводство и охрану ПР. Порядок исчисления и применения нормативов платы за использование ПР определяется Правительством РФ в строгом соответствии с действующим законодательством. Так, Лесной кодекс РФ требует взимать платежи за пользование ЛФ в виде лесных податей (при краткосрочном использовании) или арендной платы. Ставки лесных податей устанавливаются органами госвласти субъекта РФ по согласованию с Рослесхозом или определяются по результатам лесных аукционов. Арендная плата рассчитывается на основе ставок лесных податей. Ее размер, порядок, условия и сроки внесения определяются договором аренды участка ЛФ. 40% лесных податей и арендной платы поступает в Федеральный бюджет РФ и 60% - в бюджет субъекта РФ, часть которых направляется территориальному органу Рослесхоза на финансирование расходов, связанных с восстановлением и охраной лесов. Примерно такой же механизм платы и за другие ПР.

В Тверской области с 01.01.93 г. введена плата на воспроизводство и охрану водных ресурсов в следующих размерах:

) П1 = 8.00 коп за 1 м3 поверхностной воды: 2) П2 = 13,25 коп за 1 м3 подземных вод. Тогда фактическая плата водопользователя определяется по формуле:

(6.5)

где (Qф - фактический забор воды в квартал по данному

предприятию, фирме или АО, м3; Кив- коэффициент индексации по водным ресурсам, равный 25,5 в Тверской области.

Такая плата взимается ежеквартально с водопользователей и направляется в областной зкофонд, который расходует деньги на воспроизводство и охрану водных ресурсов Тверской области.

По другим ресурсам сейчас ведется разработка соответствующих нормативов для природополъзователей Министерством природных ресурсов РФ.

6.5 Экономическое стимулирование природоохранной деятельности и экологические фонды в РФ

Закон РФ "Об охране ОПС" (1991 г.) предоставляет предприятиям, учреждениями организациям, а также гражданам налоговые, кредитные и иные льготы при внедрении ими малоотходных, и ресурсосберегающих технологий и нетрадиционных видов энергии, осуществлении других эффективных мер по охране ОПС. Так, в Тверской области все затраты на природоохранные мероприятия которые понес природопользователь в отчетном квартале, учитывается Тверьоблкомприродой при оплате за загрязнения ОПС данным природопользователем. Наряду с этим, он в последующие кварталы будет платить меньше за загрязнения ОПС, так как эти мероприятия снизят воздействия на ОПС.

ЗК РФ (1991 г.) устанавливает следующие виды экономического стимулирования за рациональное использование и охрану земель: 1) выделение средств из бюджетов для восстановления земель, нарушенных не по вине лиц, использующих эти земли; 2) освобождение от платы за земельные участки, находящиеся в стадии сельскохозяйственного освоения, на первые 10 лет пользования ими; 3) частичная компенсация из средств бюджета снижения дохода в результате временной консервации земель, нарушенных не по вине лиц, использующих эти земли; 4) поощрение граждан, ведущих крестьянское хозяйство, колхозов, совхозов, лесхозов и других предприятий, а также их руководителей и специалистов за улучшение качества земель, повышение плодородия почв, продуктивности земель ЛФ; 5) установление повышенных цен на экологически чистую продукцию. Оно направлено на повышение заинтересованности собственников земли, землевладельцев, землепользователей и арендаторов в сохранении и воспроизводстве плодородия почв, на защиту земель от негативных последствий производственной деятельности.

Закон РФ "Об охране ОПС" также предусматривает: 1) освобождение зкофондов от налогообложения; 2) передачу средств экофондов на договорных условиях под процентные займы предприятиям, организациям, учреждениям и гражданам для реализации мер по гарантированному снижению выбросов и сбросов ЗВ; 3) установление повышенных норм амортизации основных производственных природоохранных фондов; 4) применение поощрительных цен и надбавок на экологически чистую продукцию; 5) введение специального налогообложения экологически вредной продукции, а также продукции, выпускаемой с применением экологически опасных технологий; 6) применением льготного кредитования предприятий, организаций и учреждений независимо от форм собственности, эффективно осуществляющих охрану ОПС.

Для решения неотложных природоохранных задач, восстановления потерь в ОПС, компенсации причиненного ущерба и т.п. в РФ создана единая система внебюджетных государственных экофондов. Она состоит из федерального экофонда, республиканских, краевых, областных и местных экофондов. Фонды образуются из средств, поступающих от хозяйствующих субъектов, граждан, а также иностранных юридических лиц и граждан. Такими средствами являются: 1) платы за загрязнения ОПС; 2) суммы, полученные по искам о возмещении вреда, и штрафы за экологические правонарушения; 3) средства от реализации конфискованных орудий охоты и рыболовства, незаконно добытой с их помощью продукции; 4) средства, полученные в виде дивидендов, процентов по вкладам, банковским депозитам, от долевого использования собственных средств фонда в деятельности предприятий и иных юридических лиц; 5) инвалютные поступления от иностранных юридических лиц и граждан. Эти средства экофондов зачисляются на спецсчет учреждений банков и распределяются в следующем порядке: 60% - на реализацию природоохранных мероприятий местного (городского, районного) значения; 30% - то же, но областного, краевого и республиканского значения; 10%- федерального значения. Экофонды расходуются на оздоровление ОПС и населения, проведение мер и программ по ОПС, воспроизводство ПР, научные исследования, внедрение экологически чистых технологий, строительство очистных сооружений, выплату компенсационных сумм гражданам на возмещение вреда, причиненного здоровью загрязнением и иными неблагоприятными воздействиями на ОПС, развитие экологического воспитания и образования, иные цели, связанные с охраной ОПС. Расходование средств экофондов на другие цели запрещаются.

В РФ также создаются общественные фонды охраны ОПС общественными экологическими объединениями и профсоюзами. Они образуются за счет средств населения, добровольных взносов и пожертвований объединений и других источников. Эти средства расходуются исключительно на охрану ОПС. Порядок образования и расходования этих фондов определяется общественными объединениями, учредившими данные фонды.

В РФ осуществляется добровольное и обязательное государственное экологическое страхование предприятий, организаций и учреждений, а также граждан, объектов их собственности и доходов на случай экологического и стихийного бедствия, аварий и катастроф. Фонды страхования используются на прогнозирование, предотвращение и ликвидацию последствий указанных выше бедствий, аварий и катастроф. Порядок экологического страхования и использования фондов устанавливается Правительством РФ.

7. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРАВА И УПРАВЛЕНИЕ ОХРАНОЙ ПРИРОДЫ В РФ

7.1 Источники и содержание экологических правовых норм

Юридическую основу экологического права и природоохранной деятельности в РФ составляют Конституция РФ и правовые акты субъектов РФ. В Конституции РФ указано: ст. 9 - земля и другие ПР используются и охраняются в РФ как основа жизни и деятельности проживающих народов; ст. 42 - человек имеет право на благоприятную ОС, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением; ст. 58 - человек обязан сохранять природу и ОС, бережно относится к ПР. Экологические нормы содержатся в ряде кодексов РФ: земельном (1991 г.), лесном (1997 г.), водном (1995 г.), об административных правонарушениях (1986 г.) и др. Громадное значение для создания правовой базы во всех сферах правового регулирования имеет принятие в 1996 году двух принципиально новых кодексов - Гражданского и Уголовного, резко меняющих имущественные отношения в РФ и фиксирующих отказ от узко классовых позиций в уголовном праве.

Вторую группу источников экологических правовых норм в РФ представляют федеральные законы. В 1991 г. принят закон "Об охране окружающей природной среды", закрепивший распределение полномочий между законодательной и исполнительной властью, структуру органов управления природоохранной деятельностью и т.д. В последние несколько лет (в основном начиная с 1995 г.) вступает в действие переработанные с учетом новой социально-экономической ситуации в РФ законы - "О животном мире" (1995 г.), "О недрах" (1995 г.), "О радиационной безопасности населения" (1995 г.), "Об экологической экспертизе" (1995 г.) и другие.

Третью группу источников экологических правовых норм РФ представляют подзаконные акты, важнейшее место в которых занимают стандарты по ОП. Системе стандартов по ОП присвоен номер 17. Она включает следующие 10 комплексов стандартов (цифра после 17): 0 - организационно-методические; 1 - по охране и рациональному использованию вод; 2 - по защите атмосферы; 3 - по рациональному использованию биологических ресурсов; 4 - по охране и рациональному использования почв; 5 - по улучшению использования земель; 6 - по охране флоры; 7 - по охране фауны; 8 - по охране и преобразованию ландшафтов; 9 - по рациональному использованию и охране недр. В каждом комплексе имеется 8 групп стандартов (цифра после комплекса): 0- основные положения; 1 - термины, определения, классификация; 2- показатели качества ПС; 3 - правила охраны природы и рационального использования ресурсов; 4 - методы определения состояния природных объектов; 5 - требования к средствам контроля и измерений; 6 - требования к средствам защиты от загрязнений; 7 - прочие стандарты.

Структура обозначения стандартов: номер класса (в данном случае 17), номер комплекса, номер группы, номер стандарта в группе, год утверждения стандарта; например, для ГОСТ "Атмосфера. Классификация выбросов по составу, обозначение имеет вид ГОСТ 17.2.1.01-76. Содержание ГОСТов в целом дано в названиях комплексов и групп, а также частично отражено выше в разделе 5.

Помимо ГОСТов по ОП в данную группу входят ряд документов, разработанных и утвержденных Росгидрометом (ранее - Госкомгидрометом СССР): ОНД 1-84 "Инструкция о согласовании, проведении экспертизы воздухо-охранных мероприятий и выдаче разрешения на выброс 3В в атмосферу по проектным решениям", ОНД-86 "Методы расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий", РД 52.04.186-89 "Руководство по контролю загрязнения атмосферы" и др.; 2) Минстроем РФ (ранее - Госстроем СССР): СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и география". СНиП 2.04.02-84 "Водоснабжение" и др.; 3) Минздравом РФ (ранее - Минздравом СССР): СН 3086-84 "ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов", СН 3077-84 "Допустимые уровни шума на терри-тории жилой застройки" и др.; 4) Минприродой РФ, Госкомэкологией РФ (ранее - Госкомприродой СССР): "Правила охраны поверхностных вод" (Типовые положения, 1991 г.) и др.

Экологические правовые нормы, содержащиеся в перечисленных выше источниках, представляют собой общеобязательные, формально-определенные правила поведения, прежде всего, по отношению к природным объектам, а также по отношению к правам и обязанностям, возникающим между физическими и юридическими лицами при их взаимодействии с ПС и в процессе природопользования, Термин "формально-определенные" означает, что в правовых нормах содержится описание ситуации, в которых действует норма, описание правил поведения физических и юридических лиц и санкция, т.е. наказание за нарушение этих правил (за действия, запрещенные правилами, и за бездействие, когда есть указание на выполнение определенных действий).

Содержание правовых норм по отношению к природным объектам устанавливает принципы, приоритета и конкретные правила пользования ими. Например, в законе РФ "Об охране ОПС" установлен принцип научно-обоснованного сочетания экологических и экономических интересов и приоритет охраны жизни и здоровья человека. Правила природопользования более конкретно рассмотрены в соответствующих кодексах, законах и подзаконных актах.

Правовые нормы ведения хозяйственной деятельности изложены в СНиПах, СН и т.д. Порядок управления природоохранной деятельностью с изложением прав и обязанностей органов управления приведен в источниках по административному праву, а также в законе РФ "Об охране ОПС". Вопросы ответственности за экологические правонарушения рассматриваются ниже.

7.2 Ответственность за экологические правонарушения

Под правонарушениями понимается виновное противоправное деяние (действие или бездействие) совершенное вменяемым человеком, достигшим установленного законом возраста. Правонарушения бывают двух видов: проступки и преступления. Под проступками понимаются нарушения правовых норм и правил поведения, влекущие за собой дисциплинарную, административную и гражданскую (материальную) ответственность. Под преступлением понимается общественно опасное деяние, предусмотренные Уголовным кодексом (УК) РФ.

В рассмотренных выше источниках правовых экологических норм приведены виды правонарушений и определены меры ответственности за них. В самом общем виде к правонарушениям относятся несоблюдения установленных норм, невыполнение экологических требований при проектировании и эксплуатации промпредприятий, загрязнение ОПС, порча природных объектов и разрушение природных экосистем, невыполнение мер по восстановлению ОПС, нарушение установленных правил сбора, заготовки, вывоза и ввоза видов флоры и фауны, нарушение правил размещения отходов, несвоевременная или неверная информация о состоянии ОПС и т.д. Для каждого из объектов природопользования имеются и специфические виды правонарушений. Так, для водных объектов к правонарушениям относят самовольное водопользование, ввод промышленных объектов без очистных устройств, нарушение водоохранного режима (например, вырубка леса в водоохранной зоне), самовольные гидротехнические работы и т.п. В земельном законодательстве установлена ответственность за физические деформации земель, повреждение посевов и т.п.; в законодательстве по охране атмосферного воздуха - выброс в атмосферу 3В без разрешения специально уполномоченных органов, эксплуатацию транспортных средств, выбросы от которых превышают установленные нормативы, и т.п.

Юридическую ответственность за экологические правонарушения несут не только физические лица, но и юридические лица, т.е. организации, обладающие обособленным имуществом, имеющие соответствующие права и обязанности. К физическим лицам применяются меры дисциплинарной, административной, гражданской и уголовной ответственности, к юридическим лицам - только административной и гражданской.

Дисциплинарная ответственность реализуется путем наложения дисциплинарных взысканий в виде замечания, выговора, строгого выговора, переводу на нижеоплачиваемую работу на срок до 3 месяцев, смещения на низшую должность на тот же срок, увольнения. Правом наложения перечисленных взысканий обладает руководитель предприятия, организации или учреждения. Порядок наложения дисциплинарных взысканий изложен в Кодексе законов о труде РФ.

При административной ответственности взыскания налагаются уполномоченными на то должностными лицами Госкомэкологии РФ, органами Госкомсанэпидемнадзора РФ и Госатомнадзора РФ, инспекциями Рыбхознадзора, а также комиссиями по административным правонарушениям администраций регионов. Основным видом взыскания является штраф, сумма которого определяется числом (3...20 и 1...10 соответственно для должностных лиц и граждан) минимальных размеров оплаты труда (МРОТ), а также арест, изъятие орудий правонарушения (например, ружей и сетей у браконьеров, автомашин при незаконной охоте на сайгаков). На юридические лица может накладываться штраф в существенно больших размерах и запрещение заниматься тем видом деятельности, при котором регистрируется экологическое правонарушение.

Гражданская ответственность заключается в возложении невыгодных имущественных последствий на физические и юридические лица, в результате неправомерных действий которых был причинен ущерб. При этом виновники ущерба возмещают этот ущерб полностью добровольно, по суду или арбитражному суду. Законом также предусмотрена возможность возмещения ущерба в натуре. Возмещение ущерба флоре и фауне проводится по таксам, величина которых, как правило, существенно превышает фактический ущерб, При этом за незаконный отстрел (или уничтожение) животных, занесенных в Красную книгу или находящихся в государственных заповедниках, заказниках и зонах запрета охоты, данная такса увеличивается соответственно в 10 или 5 раз. Суммы возмещения ущерба юридическими лицами еще более велики. Так, постановлением Высшего арбитражного суда РФ Норильский горнометаллургический комбинат обязан возместить 1 185 468 324 рубля за ущерб, причиненный лесам Таймыра (площадь погибших насаждений составляла 351361 га, ослабленных лесов 79000 га и сильно ослабленных - 73000 га). В 1995 г. было предъявлено 1577 исков (по РФ) по возмещении ущерба, причиненного нарушением законодательства об охране ОПС на общую сумму 25,8 трлн. руб. Судами РФ удовлетворено 1159 исков на общую сумму 12,97 трлн. руб.

За правонарушения нормативных актов по охране ОПС, признаваемых как преступления, физические лица могут привлекаться к уголовной ответственности. В УК РФ (1996 г.) существенно расширены перечни применяемых наказаний и составов экологических преступлений. Помимо известных наказаний как штраф, лишение свободы, запрещение занимать определенные должности и др., новым УК РФ введены ограничение свободы, т.е. пребывание под надзором на срок до 3 лет в специальных учреждениях, но без изоляции от внешнего мира; арест до 6 месяцев; обязательные работы в свободное от основной работы время на 60...240 ч., но не более 4 часов в сутки. Размеры штрафов по суду от 25 до 1000 МРОТ. Максимальные сроки лишения свободы - 20 лет и пожизненное заключение.

В УК РФ впервые появилась специальная глава, посвященная экологическим преступлениям (всего 17 составов преступлений плюс статья из раздела преступлений против человечества - деяние, названное экоцидом, т.е. массовым уничтожением флоры и фауны, ведущим к экологической катастрофе). В 17 составах преступлений приведены основные виды нарушений и загрязнений природных объектов (вод, воздуха, морей, земель, недр, лесов, заповедников и т.д.), причем по 14 из них предусмотрены наказания в виде лишения свободы (обычно при тяжелых последствиях нарушений для здоровья и жизни людей). Максимальный размер штрафа за экологические правонарушения 700 МРОТ, "максимальный срок лишения свободы - 10 лет (за экоцид - 20 лет). В качестве наказаний используется весь приведенный выше перечень.

В судебной практике уже применялись жесткие наказания за тяжелые последствия экологических правонарушений: за халатность при обращении с радиоактивными материалами, повлекшими гибель 3 и заболевания 11 человек еще в 1979 году осуждено 4 виновника преступления, в том числе директор и главный инженер предприятия. В 1995 г. за уголовные экологические преступления в РФ было осуждено 5111 лиц, что на 37% больше, чем в 1994 г. Больше всего осуждено за незаконное занятие рыбным промыслом, охотой и порубку леса.

7.3 Управление охраной природы в РФ

Государственное управление природоохранной деятельностью в РФ осуществляют ее высшие органы власти: Федеральное собрание (Государственная Дума и Совет Федерации) с одной стороны (через Комитет по экологии) и Правительство РФ с другой (через Государственный комитет РФ по охране окружающей среды или сокращенно Госкомэкология РФ). Они руководствуются принципами:

плановости, единства человека и природы, комплексного подхода, учета местных условий, разграничения контрольно-надзорных и хозяйственно-организационных функций, госучета и ста-тистической отчетности. Такой же принцип управления действует в субъектах РФ (республиках, краях и областях). Его ведут соответствующие представительные органы власти с одной стороны (через комиссии по экологии), а с другой - соответствующие администрации, губернаторы (через комитеты ОП).

ФС РФ осуществляет законотворческие и контрольно-надзорные функции по ОП, а также рассматривает и утверждает государственную экологическую программу и контролирует ход ее выполнения. При ФС РФ создан Высший экологический совет (ВЭС) России, Он является консультативным и экспертным органом парламента. В ВЭС входят экологи, геофизики, экономисты, юристы и психологи. Его целью является всемерная помощь парламенту, так как экологическая обстановка в стране сейчас очень тяжелая, Это принципиально, новая форма взаимодействия законодателей и ученых. Нижестоящие законодательные собрания субъектов РФ решают идентичные функции, но для своих курируемых территорий.

Правительство РФ через Госкомэкологию и Министерство ресурсов разрабатывает и обеспечивает практические мероприятия (базирующиеся в основном на экономических методах управления) по ООС, рациональному использованию и воспроизводству ПР, а также ведет контроль, госучет и статотчетность, планирование и осуществление международного сотрудничества по ОП. Госкомэкология РФ (центральный аппарат 421 единица и 7525 единиц в территориальных органах) осуществляет государственную политику в сфере ООС, обеспечение ЭБ и сохранения биологического разнообразия, межотраслевую координацию и функциональное регулирование в этой сфере деятельности, а также ведет государственный экологический контроль. ГЭЭ и управление государственными природными заповедниками и другими особо охраняемыми территориями. находящимися в его ведении. Она проводит работу через республиканские, краевые и областные (а в Москве и Санкт-Петербурге - через городские) комитеты ОП, которые подчиняются республиканским правительствам или главам администраций краев и областей.

Тверской обком ООС организует работу 36 райкомов (в том числе и горкома г. Твери) ОП (муниципальные органы ООС), 5 штатных инспекций (по охране вод, атмосферы, земельных ресурсов, животного и растительного мира, государственной экологической экспертизы) и 12 специализированных лабораторий.

Большую помощь государственным и муниципальным органам по ООС в РФ оказывают общественные экологические движения, К ним относятся: Всероссийское общество ОП (наиболее массовая организация), молодежные движения дружин по ОП (в основном при университетах), экологический Союз, общественный комитет спасения Волги. Всероссийское общество охотников и рыболовов и др. Для их вовлечения в конструктивную работу при Госкомэкологии РФ создан общественный Совет из числа ученых, общественных и государственных деятелей, руководителей предприятий для глубокого анализа крупных проблем по ООС и выработке рекомендаций по их решению. Аналогичные советы созданы и при республиканских, краевых и областных комитетах ООС. Так, при Тверском обкоме ООС он состоит из 37 чел.

В последние годы в РФ появились и сторонники международной экологической организации "Гринпис", которая является в настоящее время наиболее активной и целеустремленной общественной организацией мира по защите природы планеты.

Общественность в нашей стране неоднократно предупреждала грубейшие экологические ошибки (например, затопление Западно-Сибирской низменности и поворот северных рек на юг), используя радио, телевидение и средства массовой информации. В настоящее время она включена в качестве одной из решающих сторон в разработку проектов новых и реконструкции, технического перевооружения и расширения действующих технических объектов, введение новых и совершенствование действующих технологий. Без согласия общественности такие проекты не реализуются, особенно в том случае, когда они ведут к изменению привычных условий жизни и традиционных форм занятости населения, или же к возможности его переселения в другие районы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Состояние экологического кризиса стало характерной чертой жизни во всех промышленно развитых странах мира, в том числе и в РФ.

Экологическое неблагополучие в РФ приводят к тяжелейшим социально-экономическим последствиям. Так, в РФ основной причиной преждевременной смерти являются социально-экономические факторы. Прирост населения РФ сокращается, средняя продолжительность жизни мужчин в 1996 г. составила всего 57 лет. Все большее место в структуре заболеваемости и смертности занимают болезни, вызванные неблагоприятными экологическими факторами (раком легкого болеет почти в 2 раза больше людей, чем раком желудка; от 10 до Щ населения РФ страдает от аллергических заболеваний и т.п.). Экологическими причинами обусловлена высокая детская смертность, рост числа врожденных аномалий и т.п.

Фактически все тяжелейшие последствия экологического кризиса в РФ созданы "усилиями" технических специалистов, лишенных чувства экологической ответственности и не имевших элементарных экологических знаний. В наше время бакалавр, инженер и магистр должны не только принимать грамотные инженерно-технические решения, но и уметь оценивать их экологические последствия и выбирать обоснованные методы и средства защиты ОПС. А это значит,что им необходим определенный минимум знаний по экологии и умение использовать эти знания в своей профессиональной деятельности.

Основные последствия экологических нарушений, их причины и меры профилактики представлены в табл. 3.1. Снижение почти всех представленных в табл. 3.1 основных результатов негативных процессов в ОПС (за исключением может быть только биологической деградации биосферы) требует разработки и внедрения новых инженерно-технических решений и прежде всего создания новых технологий и средств защиты ОПС.

.Радикальными мероприятиями по охране ОПС являются: создание принципиально новых экологически чистых технологий, безотходных производств, систем оборотного водоснабжения, замкнутых территориально-производственных комплексов, применение новых эффективных способов и средств очистки и обезвреживания выбросов и сбросов.

Выполнение нашей страной определенных обязательств по защите озонового экрана, а также принятие срочных мер по снижению парникового эффекта представляют собой, прежде всего инженерно-технические задачи. При их решении выпускник вуза должен правильно оценивать экологическое значение разрабатываемых вариантов и находить наиболее эффективные и рациональные средства защиты ОПС. Экологическая обоснованность технических решений является гарантом их экономической эффективности.

Экологические проблемы заставили человечество осознать необходимость переориентации на новый путь развития, главная цель которой - достижение гарантии во взаимоотношениях с природой. Новый подход к экологическим проблемам получил название глубокой экологии. Ее основные положения: 1) все формы жизни биосферы имеют собственную ценность, независимо от полезности для человека; 2) у человека нет права уменьшать разнообразие форм жизни (исключая случаи крайней необходимости, например, уничтожение возбудителей СПИДа и других особо опасных инфекций); 3) расцвет человеческой культуры возможен лишь при сокращении численности человечества; 4) необходимо срочное изменение техники и технологий (создание экологически чистых производств и т.д.), экономики и идеологии (создание своего рода нового нравственного императива - системы экологической этики и экологических запретов).

 

БИБЛИОГPАФИЧЕСКИИ СПИСОК

1. Бережной С.А., Романов В.В., Седов Ю.И. Экология: Учебное пособие. - Тверь: ТвеПИ, 1993.

2. Сборник типовых расчетов и заданий по экологии: Учебное пособие / С.А. Бережной, В.В. Романов, Ю.И. Седов и др.; Под ред. С.А. Бережного, - Тверь: ТГТУ, 1995.

3. Лабораторный практикум па экологии / Под ред. В.Н. Мартемьянова, - Тверь: ТГТУ, 1997.

4. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник.-М.: Мысль, 1930.

5. Толковый словарь по охране природы / Под ред. В.В. Снакина,- М.: Экология, 1995,

. Реймерс Н.Ф. Экология: Теории, закона, правила, принципы и гипотезы ,- М.: Ред. журнал "Россия молодая". 1994.

7. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология: Учебное пособие.-М.: Высшая школа. 1938.

8. Агадванан К.А.. Горшин В.И. Экология человека,- М.: KPUK. 1994.

9. Одум В. Экология: в 2-х т.- И.: Мир, 1986.

10. Сборник важнейших официальных материалов по санитарным и противоэпидимическим вопросам: Том 2 (в двух частях) / Под общей ред. В.М. Подольского,- М.: НИЦ Госкомсанэпидемнад-зора РФ, 1993, 1994.

11. Охрана окружающей среды: Учебник / С.В. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др.; Под ред. С.В. Белова,- М.: Высшая школа, 1991.

12. Нормы радиационной безопасности РФ (НРБ-96): Гигиенические нормативы ГН 2.6.1.054-96.- И.: ИИЦ Госкомсанэпидемнадзора РФ. 1996.

Приложение 1. ПРИНЯТИЕ СОКРАЩЕНИЯ В УЧЕБНОМ ПОСОБИИ

ВОЗ - Всемирная организация здравоохранения

ВСЗ - временно согласованный выброс

ВСС - временно согласованный сброс

ГЭЗ - государственная 33

ДП - дозовые пределы

ЕГСЗМ - Единая государственная система ЗМ

ЕРФ - естественный радиационный фон

ЖКХ - жилищно-коммунальное хозяйство

загрязняющие вещества

ЗСО - зоны санитарной охраны

ЗФ - земельный фонд

ИЗА - источник загрязнения атмосферы

ИИ - ионизирующие излучения

ИР - ионизирующая радиация

ЛПВ - лимитирующий показатель вредности

ЛФ - лесной фонд

МП - магнитное поле

МР ПДК - максимально разовая ПДК

МРОТ - минимальный размер оплаты труда

НТД - нормативно-технические документы

ОБУВ - ориентировочный безопасный уровень вредности

ОДУ - ориентировочно допустимый уровень

OK - ограждающие конструкции

ООС - охрана окружавшей среди

ОП - охрана природы

ОПС - окружающая природная среда

ОС - окружающая среда

ОЗЗ - общественная ЗЗ

ПАВ - поверхностно-активные вещества

ПДВ - предельно допустимый выброс

ПДК - предельно допустимая концентрация

НДС - предельно допустимый сброс

ПДУ - предельно допустимый уровень

ПИ - полезные ископаемые

ППЭ - плотность потока энергии

ПР - природные ресурсы

ПС - природная среда

ПУ - пылеулавливающее устройство

РА - радиационная авария

PO - радиоактивные отходы

РБ - радиационная безопасность

РВ - радиоактивные вещества, радионуклиды

РГР - расчетно-графическая работа

РЗ - радиоактивное загрязнение

РК - радиационный контроль

РЛС - радиолокационное средство, станция

РОО - радиационно-опасный объект

РТО - радиотехнический объект

СВ - сточные воды

СДЯВ - сильно действующие ядовитые вещества

СЗЗ - санитарно-защитная зона

СрС ПДК - среднесуточная ПДК

ТЗ - тепловое загрязнение

УЗД - уровень звукового давления

УК - Уголовный кодекс

УФО - ультрафиолетовое облучение

УЭН - узел экологической напряженности

ФЗ - федеральный закон

ФС - Федеральное собрание (парламент)

ЧС - чрезвычайная ситуация

ЭБ - экологическая безопасность

ЭЗ - энергетические загрязнения

ЭМ - экологический мониторинг

ЭМП - электромагнитное поле

ЭП - электрическое поле

ЭЭ - экологическая экспертиза