Понятие среда и общая характеристика состояния окружающей среды и экологических систем

Под окружающей средой понимается совокупность естественных и искусственных биологических, физических, химических, а также социальных факторов, способных оказывать прямое или косвенное влияние на состояние абиотической и биотической компонент биосферы и на человека (К.С. Бурдин, 1985 г.).

Существует несколько ОПРЕДЕЛЕНИЙ СРЕДЫ:

1. Физическое определение. Средой называется вещество и пространство, окружающие рассматриваемый объект

2. Экологическое определение. Среда это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях.

3. Социально-экологическое определение. Средой является совокупность физических (природных), природно-антропогенных (культурных ландшафтов, населенных мест) и социальных факторов жизни человека.

Рассматриваются следующие ТИПЫ СРЕД:

- Среда природная (окружающая человека природная среда) – совокупность природных и незначительно измененных деятельностью людей абиотических и биотических естественных факторов, оказывающих влияние на человека. Отличается от других составляющих окружающей человека среды свойством самоподдержания и саморегуляции без корректирующего воздействия человека.

- Среда окружающая человека – совокупность абиотической, биотической и социальной сред (одновременно природной, квазиприродной, артеприродной) совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство.

- Среда абиотическая – все силы и явления природы, происхождение которых прямо не связано с жизнедеятельностью ныне живущих организмов (включая человека).

- Среда биотическая – силы и явления природы, обязанные своим происхождение жизнедеятельности ныне живущих организмов.

- Среда биологическая – живые организмы, в системе которых находится рассматриваемый организм или объект.

- Среда экологическая (внешняя) – силы и явления природы, ее вещество и пространство, любая деятельность человека, находящиеся вне рассматриваемого объекта или субъекта (живого организма или системы с участием живого), но необязательно непосредственно контактирующие с ним.

- Среда артеприродная («третьей природы», населенных мест, техногенная) – искусственное окружение людей, состоящее из чисто технических (здания, сооружения, асфальт. дороги, искусственное освещение и т.п.) и природных (воздух и т.п.) элементов. Без искусственного поддержания деградирует.

- Среда квазиприродная («второй природы», развитая) – преобразованные человеком (культурные) природные ландшафты и созданные им агроценозы. Не способна к самоподдержанию.

Человечество вступило в новую эру своего существования, когда потенциальная мощь создаваемых им химических, биологических и физических средств воздействия на окружающую среду обитания становится соизмеримой с силами природы. Обретает черты реальности предсказания великого естествоиспытателя В.И. Вернадского о том, что хозяйственная деятельность человека становится силой, способной изменить мир, поставив его на грань экологической катастрофы. За ХХ век масштабы экономики выросли в 20 раз, использование природного топлива увеличилось в 30 раз. Произошло расширение промышленности примерно в 50 раз.

Деятельность общества радикально трансформировало биосферу. Причем большинство специалистов связывает эти изменения с процессами загрязнения твердой, жидкой и газообразной составляющей глобальной экосистемы. Любые процессы, связанные с производством, характеризуются не только преобразованием ресурсов и получением нужных веществ, но и образованием побочных продуктов. В большинстве случаев эти продукты чужды среде, попадая в организм, они вызывают негативные изменения на разных уровнях: на соматическом (злокачественные образования), геннохромосомном (мутации).

Во всех средах идет направленное изменение концентрации химических веществ, в первую очередь биогенов. Нарушен круговорот веществ, отходы больше не минерализуются. Деятельность микробов в воде и почве все чаще затормаживаются различными токсическими соединениями. К тому же в процессе производства образуется большое количество веществ, которые невозможно разложить биологическим путем, и они накапливаются в атмосфере, гидросфере и почве, нарушая деятельность большинства экосистем.

К настоящему времени синтезировало свыше 7 млн. новых химических веществ, при этом в повседневной жизни людей используются до 70 000 видов различной химической продукции, номенклатура которой расширяется на 500–1000 единиц в год. Нетрудно предсказать все последствия этой химической агрессии, т.к. по отношению к данным веществам организм человека не обладает генетической памятью целесообразного противодействия.

Особенно остро стоят эти проблемы в России. Каждый год только от химических отравлений в промышленности начитываются тысячи пострадавших, по этой же причине ежегодно обрывается жизнь сотен детей. Среди крупнейших городов мира Москва занимает 70–е место по продолжительности жизни. Площадь территорий России с наиболее острой (кризисной) ситуацией достигла 2,5 млн.км2, что составляет 15% общей территории страны. Главными причинами возникновения экологических проблем являются: длительное интенсивное развитие народного хозяйства, слабое оснащение природоохранным оборудованием, невыполнение всего комплекса природоохранных мероприятий, включающего в первую очередь, контроль физических, химических, биологических и экологических факторов воздействия и реакцию на них природных и антропогенных экосистем.

На территории РФ выделяются районы наибольшего экологического неблагополучия: зона аварии Чернобыльской АЭС, Кольский полуостров, нефтегазопромысловые районы Западной Сибири, норильский район, Среднее Поволжье, Кузбасс, московский район, береговая зона Черного и Азовского морей, Калмыкия, низовье Волги. В результате неразумной хозяйственной деятельности на данных территориях произошли глубокие, в ряде случаев необратимые изменения природной среды, следствие которых – существенное ухудшение здоровья людей и истощение природно-ресурсного потенциала. Анализ зон экологического бедствия дает основание заключить, что экологические ситуации в них по своему охвату, остроте и воздействию имеют не только межрегиональное значение, но и выходят на общенациональный и даже на мировой уровень. В этих зонах, в первую очередь, необходимо проведение срочных и кардинальных мер по контролю, оценке и прогнозу экологической ситуации и на этой основе оздоровлению окружающей среды.

Преднамеренный выброс различных веществ в атмосферу является наиболее очевидным из нарушений равновесия в окружающей среде, производимых человеком. Источники основных веществ, загрязняющих атмосферу, весьма различны. Одна из причин загрязнения воздуха – использование ископаемого топлива как источника энергии. Другие источники: выбросы побочных продуктов в атомной, химической, цементной промышленности, автотранспорта и пр. Наибольшее загрязнение атмосферы приходится на долю оксидов углерода, соединений серы и азота, углеводородов и промышленной пыли. За год в атмосферу Земли выбрасывается около 200 млн. т. оксида углерода, 20 млрд. т. диоксида углерода, 150 млн. т. диоксида серы, 50 млн. т. оксидов азота, 250 млн. т. пыли, 50 млн. т. различных углеводородов. За последние 200 лет концентрация в атмосфере углекислого газа выросла с 280 до 350, оксидов азота – с 280 до 510 частей на миллиард, при этом более половины прироста приходится на период последних десятилетий XX в. Наконец, во второй половине прошлого века в атмосфере появились совершенно новые газы – хлорфторуглероды (ХФУ), их концентрация достигла 0,3 частей на миллиард. Быстрые однонаправленные изменения концентрации газов в атмосфере – следствие хозяйственной деятельности человека. В результате атмосферный воздух перестал возобновляться в прежнем естественном виде, когда концентрации перечисленных газов колеблются в естественных пределах, т.е. воздух перестал быть возобновляемым ресурсом.

Насыщаемость биосферы тяжелыми металлами – одно из наиболее существенных последствий загрязнения. В частности рассеивание ртути и свинца составляет 80–90 % годового производства. При сжигании угля с золой и отходящими газами в окружающую среду поступает, больше чем добывается из недр: Mg в 1,5 раза, Mo в 3 раза, As в 7 раз, U, Ti в 10 раз, Al, I, Cо – в 15 раз, Hg в 50 раз, V, Sr, Be, Zr – в сотни раз, Ga и Ge – в 1000 раз. Ежегодно с осадками (дождь, снег) выпадают миллионы тонн кислот, что ведет к радикальному изменению химии природной среды.

Кроме атмосферы, существенным изменениям подверглась и водная среда. За счет разрушения органики происходит выброс растворимых и газообразных соединений азота, растворимых соединений фосфора. Растворимые соединения попадают в водоемы и способствуют их эвтрофикации. Таким образом, сбалансированный круговорот биогенов в окружающей среде оказался нарушенным. Загрязнение океана меняет характер энергообмена «океан – атмосфера» и уменьшает испарение с водной поверхности – основного источника влаги на Земле. В мировой океан уже сейчас поступает до нескольких миллионов тонн нефти и нефтепродуктов ежегодно. Это причиняет большой ущерб морским экосистемам. Совершенно очевидно, что проблема загрязнения вод и различные аспекты, связанные с этим – наиболее тревожные вопросы ухудшения естественной среды.

Водный кризис уже разразился и затронул все страны мира. Последствия загрязнения вод можно считать наиболее опасными явлениями: многочисленные твердые загрязнения могут растворяться в воде, во взвешенном состоянии переноситься на огромные расстояния; токсичные вещества вследствие гомогенности водной среды оказывают воздействие на все организмы, обитающие ниже по течению; вода содержит относительно небольшое количество растворенного кислорода. В то время как даже сильно загрязненный воздух сохраняет квазипостоянную концентрацию этого газа, вода не обладает таким свойством, а кислород относится к лимитирующим экологическим факторам для большинства организмов как в пресных, так и в соленых водах.

Почвенный покров суши быстро деградирует, концентрации веществ в нем изменяются, как и в воде и воздухе. Только за 20 лет, с 1970 по 1990 год, на сельскохозяйственных землях потеряно 480 млрд. т верхнего слоя почвы, что эквивалентно всем пахотным угодьям Индии. Практически все пахотные земли и большая часть пастбищ в той или иной степени подвержены деградации. За последние 20 лет пустыни расширились на 120 млн. га, а к началу 1980 г., по данным ЮНЕП, умеренному опустыниванию подверглись 1500 млн. га пастбищ в развивающихся странах. На 60% суши, испытавшей хозяйственное воздействие, идут активные изменения почв. Но и на остальной части суши почвы страдают от антропогенных воздействий – они подвержены сухим и мокрым выпадениям серы и азота из атмосферы, в том числе в виде кислот, что существенно влияет на химические и биологические процессы в почвах. Самоочищение почв – медленный процесс. Токсичные вещества, накапливающиеся в почвенном покрове, ведут к нарушению единства геохимической среды и живых организмов. О масштабах преобразования поверхности литосферы говорят следующие данные: за последнее 100 лет на земную поверхность осело около 20 млрд.т. шлаков, 3 млрд.т. золы, As, Co, Ni более млн.т., Zn, Sb около млн.т. Непрерывная интенсификация сельского хозяйства и более широкое использование искусственных веществ (химических удобрений, пестицидов и т.д.) ведут нас к необратимому загрязнению культивируемых земель.

Разрушение экосистем суши, в особенности лесных экосистем, вызвало изменения интенсивности влагооборота на суше, который на 70% контролируется растительностью, в первую очередь, лесной. Ее уничтожение значительно снизило мощность транспирации. За период с начала сельскохозяйственной революции человек уничтожил, по разным оценкам, от 30 до 50% лесов. За время промышленной революции было сведено еще 9% лесов земного шара, причем в основном тропических: в Латинской Америке и тропической Африке за этот период леса были уничтожены на 30% занимаемой ими территории. Произошедшее в результат вырубки лесов снижение круговорота воды способствовало расширению пустынь, росту засушливости и числа засух на территориях различной степени аридности, которые занимают 41% суши планеты. На 70% этой площади замечаются те или иные признаки опустынивания. 63% Африканского континента стали суше в 1931–1990 гг. За этот период площадь сухих и гиперсухих территорий выросла на 54 млн. га, а влажной зоны сократилась на 26 млн. га. Таким образом, вмешательство человека в природные процессы в результате разрушения на огромных пространствах естественных экосистем стало причиной их глобальных изменений.

Хозяйственная деятельность человека, кроме изъятия пищи, привела к сокращению площади местообитания организмов, а также к фрагментации местообитаний, резкому увеличению площади маргинальных (промежуточных между разрушенными и не разрушенными) экосистем. Это послужило мощным фактором сокращения популяций организмов и биологического разнообразия естественных экосистем.

Таким образом, разрушение человеком экосистем, начавшееся еще со времен неолитической революции и достигшее глобальных масштабов в ХVII веке, к концу ХХ века привело к необратимым нарушениям экосистем более чем на 63% территории суши. Без сомнения, разрушение и деформация естественных экосистем результат хозяйственной деятельности человека.

Биосфера длительное время сопротивлялась разрушительной деятельности цивилизации: за 10–12 тыс. лет, со времени, создания первых природоразрушающих технологий, практически до начала XX века биосфера воспроизводила окружающую среду со стационарными показателями. Но, начиная с XX века, во всех средах и в биоте происходят однонаправленные изменения, которые ранее никогда не наблюдались и скорость которых постоянно нарастает. Очевидно, что нарушены естественные регулирующие механизмы и превышены все экологические пределы воздействия на биосферу, сформировались огромные зоны дестабилизации окружающей среды. Эти драматические глобальные изменения окружающей природной среды прямо влияют на экономику и здоровье людей. Все это показывает, что в своем развитии человек перешел допустимые экологические пределы воздействия на природную среду, определяемые законами биосферы.

Анализ всего комплекса рассматриваемых проблем привел к необходимости создания системы экологической безопасности, в рамках которой первостепенное значение имеет мониторинг критических факторов антропогенного воздействия, оценка фактического состояния биосферы и прогноз ее будущего развития. Поэтому важнейшей задачей современной науки в настоящее время является организация и развитие универсальной системы экологического мониторинга на всех уровнях, включая глобальный, международный, национальный, региональный и местный.

2. Основные контролируемые параметры

Современный характер воздействия на биосферу в сочетании с повышенным загрязнением отдельных регионов создают особые условия для существования природных комплексов и экосистем. Возникает необходимость принципиально новых подходов к проблеме контроля качества природной среды и оценки экологической опасности.

Химические вещества, среди которых много весьма ядовитых, проникли во все сферы деятельности человека и во все среды. Загрязнение окружающей среды приобрело столь широкие и опасные масштабы, что в некоторых случаях жертвой химического загрязнения оказывается сам человек. Загрязнение влечет за собой изменение среды обитания живых существ и разрушение биоценозов, для человека проявляется снижением его адаптационных возможностей, ухудшением здоровья.

Среди продуктов, загрязняющих окружающую среду, можно выделить группу экотоксикантов, представляющих особую опасность для живых организмов. В нее входят вещества, которые являются чужеродными для живых организмов, обладающие при этом токсическими свойствами или приобретающие их в процессе трансформации в окружающей среде или при взаимодействии с живыми организмами.

К числу экотоксикантов, составляющих так называемую «грязную дюжину», относят ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ и их соединения (свинец, ртуть, кадмий, цинк и др.), РАДИОНУКЛИДЫ, НЕФТЬ и нефтепродукты, ПЕСТИЦИДЫ и гербициды, некоторые широко применяемые химические продукты (поверхностно-активные вещества, полихлорированные бифенилы), ТОКСИЧНЫЕ ОТХОДЫ химических, металлургических и других предприятий.

Актуальность задач по защите от загрязнений будет возрастать и в будущем, поскольку, как известно, общий мировой объем произведенной продукции в последние десятилетия удваивается через каждые 15 лет, а энергетические мощности возрастают вдвое еще быстрее – каждые 12 лет. На основании этого подсчитано, что техногенная нагрузка на природную среду в различных формах проявления, в том числе и в загрязнении окружающей среды может возрасти в 2–3 раза, если не будут совершенствоваться методы защиты окружающей среды от загрязнений и широко внедряться безотходные и малоотходные технологические процессы в промышленности, энергетике, сельском хозяйстве, транспорте.

Интенсивное загрязнение окружающей среды химическими веществами породило целый ряд сложных экологических проблем. Загрязнение окружающей среды вследствие своего неуклонного роста, гигантских масштабов и тяжелых последствий для окружающей среды рассматривается как один из самостоятельных экологических факторов, оказывающих вредное действие на людей, растительность, животный мир и в целом на биосферу.

Изучением процессов загрязнения окружающей среды, разработкой методов контроля загрязнений, их снижения и предотвращения, ликвидации тяжелых последствий и другими проблемами защиты от загрязнений занимаются специалисты различных научных направлений в области экологического мониторинга. Для успешного развития работ в рамках мониторинга окружающей среды важное значение имеет более четкое формирование представлений о причинах и следствиях антропогенного загрязнения окружающей среды, способах выявления неблагоприятного воздействия, правилах оценки состояния объектов окружающей среды и экологической безопасности территорий, изучении типов загрязнений и их источников. При этом возникает необходимость обращаться к методам и подходам касающихся нормирования загрязнения окружающей природной среды, а также определения приоритетных контролируемых параметров загрязнителей окружающей природной среды. Среди последних можно выделить ряд основных.