Таблица 1.1 Усиление влияния хозяйственной деятельности человека на биосферу в XX в. [2]
|
центрации многих металлов в природной среде повысились в десятки и сотни раз (произошла так называемая металлизация биосферы). Пока металлы находились в своих природных депо, их участие в круговоротах веществ было ничтожно, после извлечения из руд и попадания в круговороты тяжелые металлы возвращаются в природные депо (осадочные породы) крайне медленно.
Вторая половина столетия, кроме того, характеризовалась интенсивной химизацией сельского хозяйства. За этот период было произведено 6 млрд т минеральных удобрений и свыше 400 тыс. т различных химических соединений (в основном пестицидов) для сельского хозяйства.
По данным съемок из космоса, на суше сохранилось менее 30% земель, не вовлеченных в техносферу. Этот показатель существенно различается на разных материках (табл. 1.2).
Особенно интенсивным было развитие экономики в последние 50 лет, когда возникла «пропасть между экономистами и экологами» в их восприятии реалий. По этому поводу JI. Браун [9] пишет: «Экономисты смотрят на беспрецедентный рост мировой экономики, торговли и капиталовложений и полагают, что так будет продолжаться и дальше. Они с обоснованной, как им кажется, гордостью замечают, что масштабы мировой экономики выросли в семь раз: стоимость товаров и услуг, произведенных в мире, в 1950 г. составляла
Таблица 1.2 Площади суши с ненарушенными, частично нарушенными и нарушенными естественными экосистемами [24]
|
1 Без учета ледяных, скальных и оголенных поверхностей. |
6 трлн долларов, а в 2000 г. - уже 43 трлн, что позволило поднять уровень жизни на высоту, о которой прежде и не мечтали. Экологи смотрят на тот же рост и понимают, что он является результатом сжигания огромного количества ископаемого топлива, цена на которое искусственно занижена, и что этот процесс ведет к дестабилизации климата на планете. А в будущем они предвидят усиление жары, все более разрушительные шторма, таяние ледников в горах, а также подъем уровня мирового океана, в результате чего сократится поверхность суши, в то время как население планеты продолжает расти. Экономисты видят показатели экономического процветания, а экологи озабочены последствиями, которые влечет за собой экономика, изменяющая климат планеты. Теми последствиями, которые никто пока не в силах предвидеть» (с. 31).
Главными глобальными последствиями хозяйственной деятельности человека являются: нарушение литосферы, загрязнение атмосферы (и как следствие - усиление парникового эффекта, разрушение озонового слоя, кислотные дожди) и гидросферы (океана, пресных надземных и подземных вод), деградация наземных экосистем (уменьшение залесенности планеты, опустынивание, разрушение почв, снижение биологического разнообразия). В этой главе далее будет охарактеризовано влияние человека на литосферу, все прочие параметры «техносферизации» биосферы будут рассмотрены в отдельных главах.
1.2. Разрушение литосферы
Литосфера - верхняя часть земной коры. В отличие от рассматриваемых далее процессов загрязнения атмосферы и океана, нарушения литосферы всегда более или менее локальны, их влияние распространяется на территории, непосредственно примыкающие к району нарушений. Влияние таких нарушений может простираться на десятки и сотни километров. Впрочем, если нарушения литосферы вызывают загрязнения водной или воздушной среды, то их влияние может стать глобальным.
Главным фактором нарушения литосферы является усиление процесса перемещения твердого вещества на планете в результате добычи и сжигания ископаемого топлива (т.е. углеродистых энергоносителей), разработки месторождений минеральных ресурсов и эрозии почв. Масштабы техногенного влияния человека на литосферу достигли колоссальных величин, которые превышают интенсивность естественных потоков вещества и подтверждают вывод В.И. Вернадского о том, что человек сегодня является главной геологической силой планеты (табл. 1.3).
Интенсивность вмешательства в геологическую среду возрастала с увеличением энерговооруженности человека. К примеру, скорость строительства крупных гидротехнических сооружений за последнее столетие возросла в 10 раз. В результате антропогенного вмешательства в литосферу искусственные (или техногенные) грунты уже покрывают более 55% площади городских территорий, а в ряде урбанизированных районов (Европа, Япония, Гонконг и др.) от 95 до 100% территории, их мощность достигает нескольких десятков метров. Если
Таблица 1.3 Техногенное воздействие на верхние горизонты земной коры [35]
|
к 1985 г. суммарная площадь суши, покрываемая всеми видами инженерных сооружений (здания, дороги, водохранилища, каналы и т.п.), составляла около 8%, то к 1990 г. она превысила 10%, а к 2000 г. возросла до 15%, т.е. примерно до 1/6 площади суши Земли.
Особенно губительна для литосферы добыча полезных ископаемых открытым способом. П. Сампат [69] пишет об астрономическом количестве отходов пустой породы, которая накапливается при этом варварском способе добычи сырья. Так, в 2000 году в мире было добыто 900 млн т железа, после чего на поверхности литосферы осталось 6 млрд т пустой породы. На каждую тонну добытой меди приходится 110 т пустой породы и свыше 200 т снятой почвы.
В Российской Федерации общая площадь земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, а также занятых отходами горного производства, превысила 2 млн га, из которых 65% приходится на европейскую часть страны. Только в Кузбассе угольными карьерами занято свыше 30 тыс. га, а в районе Курской магнитной аномалии - более 25 тыс. га плодородных угодий. Нарушение целостности литосферы происходит также при строительстве угольных шахт и добыче нефти. Например, в результате добычи нефти и газа произошло оседание грунта почти на 9 м в городе Лонг-Бич (США).
Немалый вклад в изменение литосферы внесла гидромелиорация. Суммарная длина только искусственных водохранилищ, построенных на территории бывшего СССР к середине 1980-х гг., равнялась длине экватора Земли. На всем их протяжении развивались и продолжают развиваться различные геологические процессы (активизация склоновых процессов - смыв грунта, переработка берегов, подтопление и т.д.). Протяженность магистральных оросительных и судоходных каналов на территории СНГ, также изменяющих геологическую обстановку, намного больше и составляет около 3/4 расстояния от Земли до Луны.
Фактором, нарушающим литосферу, является откачка грунтовых вод, вызывающая опускание поверхности. Так, северо-восточная часть Токио за период с 1920 по 1975 гг. опустилась на 4,5 м. Аналогичное опускание на 4-9 м произошло в Мехико. Вследствие больших водозаборов из грунтовых вод активизируются карстовые процессы. По этой причине в Уфе зарегистрировано 80 провалов, в Дзержинске - 54 провала. В северо-западной части Москвы образовалось 42 карстовые воронки диаметром до 40 м при глубине 1,5-8 м.
Крупные вмешательства человека в литосферу стали также причиной землетрясений. Чаще всего землетрясения техногенного происхождения возникают в связи с созданием крупных и глубоких водохранилищ.
1.3. Радиоактивные отходы и радиоактивное загрязнение
Особую опасность для биосферы представляет загрязнение радиоактивными отходами, которые являются неизбежным спутником бурно развивающейся атомной энергетики (см. раздел 9.4). К ним относятся все радиоактивные и зараженные материалы, образующиеся в процессе использования радиоактивности человеком и не находящие дальнейшего применения. Кроме текущего загрязнения радиоактивными отходами причиной сильного радиоактивного загрязнения могут быть аварии на предприятиях атомной энергетики.
1.3.1. Опасность накопления ралиоактивных отхолов
Радиоактивные отходы образуются в процессе работы атомных электростанций (АЭС) и при любом варианте обращения с ними накапливаются, что является главным аргументом противников ядерной энергетики.
Типы радиоактивных отходов. В их состав входят отработанные тепловыделяющие элементы АЭС (ТВЭЛы), конструкции АЭС при их демонтаже и ремонте, обладающие радиоактивностью части медицинских приборов, рабочая одежда сотрудников АЭС и другие. Радиоактивные отходы должны храниться или захораниваться таким образом, чтобы была исключена возможность их попадания в окружающую среду. Различают три типа таких отходов: низкоактивные - активность менее 0,1 Ки/м3; среднеактивные - от 0,1 до 100 Ки/м3; высокоактивные - свыше 100 Ки/м3. Низкоактивные отходы образуются в процессе добычи и обогащения урановой руды. Их количество сегодня превышает 500 млрд т [77].
Основным источником средне- и высокоактивных отходов являются АЭС (переработка 1 т ТВЭЛов дает 0,9 м3 высокоактивных и 150 м3 среднеактивных отходов), которые могут работать по схеме открытого (захоронение радиоактивных отходов) или закрытого (переработка радиоактивных отходов) топливного цикла.
Захоронение радиоактивных отходов в литосфере. При открытом топливном цикле для обезвреживания указанных отходов используется так называемая многобарьерная технология. Сначала их выдерживают на территории АЭС во временных хранилищах под водой в течение 2-10 лет. За это время примерно в 1000 раз снижается выделение тепла и в 100 раз понижается радиоактивность. Далее, после упаковки (остек- ловывание, смешивание с битумом, бетоном) отходы в течение 30-50 лет находятся под наблюдением во временных хранилищах на глубине 5-10 м. После этого возможно их окончательное захоронение в прочные геологические формации (предпочтительнее - пласты каменной соли). В местах сохранения и захоронения радиоактивных отходов проводится постоянный дозиметрический контроль радиационной обстановки, который координируется Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ). Используется автоматизированная система контроля радиационной обстановки (АСКРО).
В Российской Федерации имеется 227 хранилищ радиоактивных отходов, из которых 81 уже законсервировано. По состоянию на 1991 год только на 9 действующих АЭС накоплено 90 тыс. м3 упаренных жидких и более 60 тыс. т твердых радиоактивных отходов. В Московской области имеется 20 временных хранилищ таких отходов, каждое емкостью около 5 тыс. м3.
Значительные сложности представляет захоронение демонтируемых блоков АЭС, срок службы которых составляет 40- 60 лет. Возможны как демонтаж блоков и их подземное захоронение, так и создание надземных могильников (подобных чернобыльскому саркофагу). В настоящее время демонтаж и захоронение отработавших ядерных блоков в России отстает от потребности в этом экологически необходимом этапе топливного цикла. В итоге старые атомные блоки в неутилизи- рованном состоянии хранятся под Екатеринбургом и Воронежем. Ждут своей очереди утилизации и 150 атомных подводных лодок, которые стоят у причалов Баренцева и Белого морей и на Камчатке.
Захоронение радиоактивных отходов в морях. До 1984 г. практиковалось захоронение этих отходов в морях (США, Великобритания, Россия, Япония). Только США сбросили в море к этому времени больше 90 тыс. контейнеров с высоко- и среднеактивными отходами. СССР в этот период сбрасывал в моря все отходы атомного военного и морского флота, что составило в год 18-20 тыс. м3 жидких и 6-7 тыс. м3 твердых отходов (часть их запаковывалась в стальные контейнеры с толщиной стенки не менее 3 мм, часть сбрасывалась в неупакованном виде). С 1967 по 1976 гг. в океане захоронено 46 тыс. т радиоактивных отходов, основная часть которых сбрасывалась на глубину около 4500 м примерно в 1000 км от побережья Европы. За 40 лет (до 1992 г.) СССР затопил в водах Северного Ледовитого океана 15 реакторов, отслуживших свой срок на атомных подводных лодках, топливные элементы с атомохода «Ленин» и 13 аварийных реакторов с подводных лодок (при этом шесть затопленных реакторов были с невыгруженным ядерным топливом).
Море приняло в свои глубины упавшие атомные бомбы, самолеты и подводные лодки с ядерным оружием. 21 января 1968 года атомный бомбардировщик США упал в океан недалеко от поселка Туле (Гренландия). Повышенная концентрация плутония была зарегистрирована в радиусе 15 км от места падения самолета. В Баренцевом море в 300 км от Норвегии на глубине 1680 м покоится затонувшая атомная подводная лодка «Комсомолец» с ядерным реактором и двумя торпедами с ядерными боеголовками. Общее число затонувших подводных лодок с ядерными реакторами составляет 5.
В настоящее время захоронение радиоактивных отходов в океане запрещено международной конвенцией, так как при длительном нахождении под водой возможно разрушение контейнеров и выход в окружающую среду плутония и его изотопов, обладающих высокой радиоактивностью и длительным физическим периодом полураспада.
Возможности переработки радиоактивных отходов. Переработка указанных отходов распространена в Великобритании и Франции, где АЭС работают по закрытому топливному циклу. В России имеются крупные предприятия по переработке радиоактивных отходов: «Маяк» в Челябинской области и комбинат в Красноярске. На «Маяке» создана самая крупная в мире электропечь для остекловывания этих отходов.
Однако мощностей предприятий по переработке радиоактивных отходов в мире, очевидно, недостаточно. При переводе всех АЭС Европы на замкнутый цикл количество данных отходов значительно превысит возможности их переработки. К 2000 г. в Европе уже накопилось около 6 тыс. т высокоактивных отходов, а в США - не менее 20 тыс. т.
Проблема плутония. По существу, отходом является и плутоний - радиоактивный элемент, который не встречается в природе. Он образуется в реакторах АЭС. Физический период его полураспада - 24 110 лет. Плутоний - высокоактивный элемент, 1 г плутония, попавший в окружающую среду, может вызвать от 4000 до 1 млн случаев заболевания человека раком.
Плутоний - основа создания ядерных бомб. В настоящее время общее количество «мирного» (т.е. накопленного в результате переработки радиоактивных отходов и хранящегося на территории АЭС) и военного (получаемого в результате демонтажа ядерных боеголовок) плутония в мире превышает 200 т. Это вызывает тревогу во многих странах и является объектом постоянного внимания МАГАТЭ.
В Японии и России разрабатываются новые схемы ядерных реакторов, в которых можно «сжечь» плутоний. Видимо, это самый эффективный вариант решения проблемы.
Особой формой радиоактивного загрязнения является нелегальная торговля ядерными и радиоактивными материалами. По данным МАГАТЭ, с 1993 по 2003 гг. в мире было зафиксировано 540 попыток этой торговли, причем в 182 случаях были похищены материалы, пригодные для изготовления ядерного оружия. К счастью, похищенного количества недостаточно для создания атомной бомбы.
1.3.2. Ралиоактивное загрязнение вслелствие аварий
Большой ущерб биосфере наносят аварии на АЭС [5, 13]. Сильное загрязнение произошло при тепловом взрыве емкости с радиоактивными отходами в Кыштыме в 1957 г. и при взрыве энергоблока Чернобыльской АЭС в 1986 г.
Кыштымская авария. В результате этой аварии возник «Восточно-уральский радиоактивный след» длиной до 110 км и шириной до 35-50 км, общая площадь существенно загрязненной территории составила 23 тыс. км2. Последствия аварии удалось в основном устранить. Радиоактивное загрязнение озера Карачай, величина которого составляла «два «Чернобыля», в настоящее время уже не представляет опасности для окружающей среды. Его засыпали, причем использовали для работы самосвалы, закованные в свинцовую броню. В настоящее время от озера осталась небольшая «лужа», что исключило загрязнение атмосферного воздуха. Разработаны способы ликвидации радиоактивной линзы грунтовых вод под озером.
Летом 2000 г. сенсационное заявление сделал японский ученый, начальник лаборатории радиационной безопасности, профессор университета г. Хиросима Джон Токадо: «На территории Челябинской области серьезных радиационных загрязнений нет» [77]. Этот вывод был сделан после тщательного радиометрического изучения района «радиационного следа», оставшегося после аварии. Были исследованы почва, продукты питания, кости и зубная эмаль жителей деревень, получивших неофициальное название проблемных.
Чернобыльская авария. После аварии в Чернобыле было загрязнено более 57 тыс. км2 территории, причем пострадали 19 областей и республик (особенно Белгородская, Брянская и Воронежская области России).
Разрушенный вследствие катастрофы четвертый блок Чернобыльской АЭС заключен в бетонный саркофаг, за состоянием которого следят тысячи специалистов. Вблизи его стен со всех четырех сторон непрерывно работают пробоотборники воздуха, что позволяет вести мониторинг содержания радиоактивных аэрозолей в окружающей атмосфере. Внутри саркофага в специально пробуренных скважинах установлено 100 приборов, следящих за уровнем радиации. Эти исследования показали, что самоподдерживающаяся цепная реакция исключена. Между тем, масса ядерного топлива в саркофаге превышает 150 т. Что будет с ним дальше - неясно, тем более что саркофаг начал разрушаться и встал вопрос о строительстве нового саркофага над старым, на что потребуется 1 млрд долларов. Реализация этого проекта возможна только при международном сотрудничестве, так как Украина не располагает достаточными средствами.
Контрольные вопросы
1. Укажите основные признаки, характеризующие процесс формирования техносферы в XX в.
2. Какие виды хозяйственной деятельности человека нанесли наибольший ущерб биосфере?
3. Расскажите об основных типах радиоактивных отходов. Каковы масштабы их захоронения?
4. В чем заключается проблема плутония?
5. Расскажите о самых крупных авариях на АЭС.
ГЛАВА 2
Химическое загрязнение планеты
Химическое загрязнение - один из ключевых параметров техносферы. В настоящее время счет загрязняющих веществ идет уже на многие тысячи, «коллекция» загрязняющих веществ включает множество ксенобиотиков - химических соединений, которых не было в природе. Особую опасность представляют стойкие органические соединения («грязная дюжина»: 10 пестицидов, диоксины и фураны), которые участвуют в круговоротах веществ, за счет биологической аккумуляции их концентрация в высших звеньях пищевых цепей может повышаться в тысячи раз. Также могут накапливаться в тканях организмов тяжелые металлы. В табл. 2.1 приведены основные вещества, загрязняющие биосферу.
Таблица 2.1 Основные типы загрязняющих веществ, их источники и характер воздействия на человека и природные объекты [15]
|
Окончание табл. 2.1
|
2.1. Загрязнение атмосферы
Загрязнение атмосферы - одно из наиболее опасных последствий научно-технической революции и использования человеком ископаемого топлива. Экологи насчитывают около 2000 загрязнителей атмосферы, значительная часть которых образуется в основном в результате хозяйственной деятельности человека.
2.1.1. Обшая характеристика
Наиболее распространенные атмосферные загрязнители - сернистый газ (S02), оксиды азота (N20, NO, N02), оксид углерода (угарный газ - СО), хлор, формальдегид (НСНО), фенол (С6Н5ОН), сероводород (H2S), аммиак (NH3), бенз(а)пи- рен, пыль. В некоторых случаях из оксидов азота и углеводородов под действием солнечного света могут образовываться новые соединения (фотооксиданты) - озон, азотная кислота и др., вызывающие у человека воспаление слизистых оболочек дыхательных путей. В целом загрязнение атмосферы пагубно влияет на здоровье людей. Так, только от загрязнения в результате сжигания топлива в мире ежегодно умирает 2,7 млн человек, из них 2 млн - в развивающихся странах [24].
Основные виновники загрязнения атмосферы - города с их транспортом и промышленностью. Если принять загрязнение атмосферы над океаном за единицу, то над селами оно выше в 10 раз, над небольшими городами - в 35, а над большими городами и промышленными объектами - в 150 раз. Толщина слоя загрязненного воздуха над городом составляет 1,5-2 км.
Следствием загрязнения атмосферы является формирование смога - туманной завесы над промышленными предприятиями и городами, образованной из газообразных отходов, в первую очередь диоксида серы. Различают зимний смог (лондонский тип) и летний смог (лос-анжелесский тип). Предпосылкой для формирования зимнего смога является безветренная тихая погода, способствующая накоплению выхлопных газов транспорта и выбросов из невысоких труб. Летний смог (его называют также фотохимическим) вызывается оксидами азота и углеводородами, из которых при интенсивном солнечном свете образуются фотооксиданты, преимущественно озон. В Лондоне в 1952 г. смог привел к гибели 4000 человек, еще больше жизней смог унес в 1956 г.
Основной причиной загрязнения атмосферы в Российской Федерации (по объему выбросов из стационарных источников без учета транспорта) в настоящее время являются предприятия энергетики (25% общего выброса промышленностью), цветной (23%) и черной (16%) металлургии, нефтедобывающей промышленности (11%). Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят тепловые электростанции, работающие на угле и мазуте. Сильно загрязняют атмосферу нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт, а также котельные и домашние печи, которые топят углем. В целом в Российской Федерации за период 1996-2000 гг. количество выбросов в воздух от стационарных источников уменьшилось с 20 274, 12 до 18 819, 82 тыс. т.
Несмотря на столь высокие уровни загрязнения атмосферы, Россия не является главным загрязнителем атмосферы планеты (табл. 2.2).
Таблица 2.2 Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей в мире и в Российской Федерации, млн т [2]
|
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 26 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |