когда я прохожу мимо крестьянских лесов которые я спас
Когда я прохожу мимо крестьянских лесов которые я спас
Серебряков Александр Владимирович, отставной профессор.
Елена Андреевна, его жена, 27 лет.
Софья Александровна (Соня), его дочь от первого брака.
Войницкая Мария Васильевна, вдова тайного советника, мать первой жены профессора.
Войницкий Иван Петрович, ее сын.
Астров Михаил Львович, врач.
Телегин Илья Ильич, обедневший помещик.
Марина, старая няня.
Действие происходит в усадьбе Серебрякова.
Сад. Видна часть дома с террасой. На аллее под старым тополем стол, сервированный для чая. Скамьи, стулья; на одной из скамей лежит гитара.
Недалеко от стола качели. – Третий час дня. Пасмурно.
Марина (сырая, малоподвижная старушка, сидит у самовара, вяжет чулок) и Астров (ходит возле).
Марина (наливает стакан). Кушай, батюшка.
Астров (нехотя принимает стакан). Что-то не хочется.
Марина. Может, водочки выпьешь?
Астров. Нет. Я не каждый день водку пью. К тому же душно.
Нянька, сколько прошло, как мы знакомы?
Марина (раздумывая). Сколько? Дай бог память… Ты приехал сюда, в эти края… когда. еще жива была Вера Петровна, Сонечкина мать. Ты при ней к нам две зимы ездил… Ну, значит, лет одиннадцать прошло. (Подумав.) А может, и больше…
Астров. Сильно я изменился с тех пор?
Марина. Сильно. Тогда ты молодой был, красивый, а теперь постарел. И красота уже не та. Тоже сказать – и водочку пьешь.
Астров. Да… В десять лет другим человеком стал. А какая причина? Заработался, нянька. От утра до ночи все на ногах, покою не знаю, а ночью лежишь под одеялом и боишься, как бы к больному не потащили. За все время, пока мы с тобою знакомы, у меня ни одного дня не было свободного. Как не постареть? Да и сама по себе жизнь скучна, глупа, грязна… Затягивает эта жизнь. Кругом тебя одни чудаки, сплошь одни чудаки; а поживешь с ними года два-три и мало-помалу сам, незаметно для себя становишься чудаком. Неизбежная участь. (Закручивая свои длинные усы.) Ишь громадные усы выросли… Глупые усы. Я стал чудаком, нянька… Поглупеть-то я еще не поглупел, бог милостив, мозги на своем месте, но чувства как-то притупились. Ничего я не хочу, ничего мне не нужно, никого я не люблю… Вот разве тебя только люблю. (Целует ее в голову.) У меня в детстве была такая же нянька.
Марина. Может, ты кушать хочешь?
Марина. Люди не помянут, зато Бог помянет.
Астров. Вот спасибо. Хорошо ты сказала.
Войницкий (выходит из дому; он выспался после завтрака и имеет помятый вид; садится на скамью, поправляет свой щегольской галстук). Да…
Войницкий. Да… Очень. (Зевает.) С тех пор как здесь живет профессор со своею супругой, жизнь выбилась из колеи… Сплю не вовремя, за завтраком и обедом ем разные кабули, пью вина… нездорово все это! Прежде минуты свободной не было, я и Соня работали – мое почтение, а теперь работает одна Соня, а я сплю, ем, пью… Нехорошо!
Марина (покачав головой). Порядки! Профессор встает в двенадцать часов, а самовар кипит с утра, все его дожидается. Без них обедали всегда в первом часу, как везде у людей, а при них в седьмом. Ночью профессор читает и пишет, и вдруг часу во втором звонок… Что такое, батюшки? Чаю! Буди для него народ, ставь самовар… Порядки!
Астров. И долго они еще здесь проживут?
Войницкий (свистит). Сто лет. Профессор решил поселиться здесь.
Марина. Вот и теперь. Самовар уже два часа на столе, а они гулять пошли.
Войницкий. Идут, идут… Не волнуйся.
Слышны голоса; из глубины сада, возвращаясь с прогулки, идут Серебряков, Елена Андреевна, Соня и Телегин.
Серебряков. Прекрасно, прекрасно… Чудесные виды.
Телегин. Замечательные, ваше превосходительство.
Соня. Мы завтра поедем в лесничество, папа. Хочешь?
Войницкий. Господа, чай пить!
Серебряков. Друзья мои, пришлите мне чай в кабинет, будьте добры! Мне сегодня нужно еще кое-что сделать.
Соня. А в лесничестве тебе непременно понравится…
Елена Андреевна, Серебряков и Соня уходят в дом; Телегин идет к столу и садится возле Марины.
Войницкий. Жарко, душно, а наш великий ученый в пальто, в калошах, с зонтиком и в перчатках.
Астров. Стало быть, бережет себя.
Войницкий. А как она хороша! Как хороша! Во всю свою жизнь не видел женщины красивее.
Телегин. Еду ли я по полю, Марина Тимофеевна, гуляю ли в тенистом саду, смотрю ли на этот стол, я испытываю неизъяснимое блаженство! Погода очаровательная, птички поют, живем мы все в мире и согласии, – чего еще нам? (Принимая стакан.) Чувствительно вам благодарен!
Войницкий (мечтательно). Глаза… Чудная женщина!
Астров. Расскажи-ка что-нибудь, Иван Петрович.
Войницкий (вяло). Что тебе рассказать?
Астров. Нового нет ли чего?
Войницкий. Ничего. Все старо. Я тот же, что и был, пожалуй, стал хуже, так как обленился, ничего не делаю и только ворчу, как старый хрен. Моя старая галка, maman, все еще лепечет про женскую эмансипацию; одним глазом смотрит в могилу, а другим ищет в своих умных книжках зарю новой жизни.
Астров. А профессор?
Войницкий. А профессор по-прежнему от утра до глубокой ночи сидит у себя в кабинете и пишет. «Напрягши ум, наморщивши чело, всё оды пишем, пишем, и ни себе, ни им похвал нигде не слышим». Бедная бумага! Он бы лучше свою автобиографию написал. Какой это превосходный сюжет! Отставной профессор, понимаешь ли, старый сухарь, ученая вобла… Подагра, ревматизм, мигрень, от ревности и зависти вспухла печенка… Живет эта вобла в имении своей первой жены, живет поневоле, потому что жить в городе ему не по карману. Вечно жалуется на свои несчастья, хотя, в сущности, сам необыкновенно счастлив. (Нервно.) Ты только подумай, какое счастье! Сын простого дьячка, бурсак, добился ученых степеней и кафедры, стал его превосходительством, зятем сенатора и прочее и прочее. Все это не важно, впрочем. Но ты возьми вот что. Человек ровно двадцать пять лет читает и пишет об искусстве, ровно ничего не понимая в искусстве. Двадцать пять лет он пережевывает чужие мысли о реализме, натурализме и всяком другом вздоре; двадцать пять лет читает и пишет о том, что умным давно уже известно, а для глупых неинтересно: значит, двадцать пять лет переливает из пустого в порожнее. И в то же время какое самомнение! Какие претензии! Он вышел в отставку, и его не знает ни одна живая душа, он совершенно неизвестен; значит, двадцать пять лет он занимал чужое место. А посмотри: шагает, как полубог!
Когда я прохожу мимо крестьянских лесов которые я спас
А ВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ
Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.
Когда я прохожу мимо крестьянских лесов,
которые я спас от порубки, или, когда я слы-
шу, как шумит мой молодой лес, посаженный
моими руками, я сознаю, что климат немнож-
ко и в моей власти и что если через тысячу лет
человек будет счастлив, то в этом немножко
А.П. Чехов 10. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ 10.1. ГЛОБАЛЬНЫЕ КАТАСТРОФЫ И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ Сравнительно недавно ученые, изучая микроструктуру органической материи, сделали поразительный вывод: возникновение и развитие жиз ни на нашей планете, если считать по Дарвину, потребовало бы много больше времени, нежели действительная история, охватывающая период от первых на Земле живых организмов до вершины природы — человека.
И тут пришлось вспомнить основоположников палеонтологии — науки о развитии жизни на Земле — французских зоологов Жоржа Кювье (1769—1832) и Жоффруа Сент-Илера (1772—1844).
В 1812 г. Кювье опубликовал первые итоги изучения своих находок под названием «Исследования об ископаемых костях». Ученый обратил внимание на то, что в земле чередуются слои, бедные и богатые останка ми погибших животных. При этом он обнаружил, что в каждом новом слое останки принадлежат животным другого вида, а не тем, что найдены в предыдущем и последующем слоях, т. е. не тем, которые обитали на Земле раньше или позже, разумеется, в геологическом масштабе времени.
В следующей книге Кювье — «Рассуждения о переворотах на по верхности земного шара и об изменениях, какие они произвели в живот ном царстве» — ученый утверждает, что ископаемые формы — это либо прямые предки нынешних животных, в сущности от них не отличающие ся, но сумевшие пережить все природные перевороты, либо останки форм, окончательно вымерших в результате случившихся переворотов и ничего общего с ныне живущими не имеющих. Он полагал, что развитие четырех видов животных (по его классификации — позвоночных, члени стых, мягкотелых, лучистых) происходило изолированно. Однако от стаивая свои выводы, Кювье не смог убедительно показать, какие же силы вызывали на Земле столь грандиозные перевороты, чтобы быть спо собными оборвать ту или иную линию развития жизни. Он только напи сал: «Какие-то силы раздробили, приподняли слои Земли и опрокинули их на тысячу ладов».
Заметил чередование ископаемых останков и Жоффруа. Однако объ яснения, сделанные Кювье и Жоффруа, расходились настолько, что их многолетний спор привлек внимание ученых всего мира. В Париже не раз в те годы проводились диспуты соперничающих ученых, за которыми следил весь образованный мир. Известен интересный эпизод. Когда в 1830 г. к Гёте пришел гость с возгласом: «Великое событие в Париже. », Гёте нетерпеливо прервал пришедшего: «Кто же одержал верх — Кювье или Жоффруа?» Гость же принес весть о революции в Париже, об улич ных боях.
Жоффруа считал, что гибель господствовавших в определенные пе риоды видов животных еще не означала повсеместной гибели жизни во обще. Некоторые виды, занимавшие ранее подчиненное место, выжива ли. Наделенные свойствами противостоять силам природы, которые уничтожали большую часть животного мира, они получали простор для своего дальнейшего развития. В отличие от Кювье он видел единство ор ганизации и развития животного мира.
В одном лишь были едины Кювье и Жоффруа: какие-то грандиозные силы вмешивались в эволюцию жизни, и в результате такого вмешатель ства появлялись более совершенные формы животных. Казалось, эволю ция время от времени подвергалась действию таинственного ускорителя.
Впрочем, подобную же роль может сыграть и тормоз, который замедляет или вовсе сбрасывает с «конвейера эволюции» какие-то виды, например, владевших миллионы лет землей динозавров, мешавших развитию дру гих видов, а именно — млекопитающих, так возникает больше простора для развития видов более жизнестойких.
О действии некоего тормоза по существу говорит и палеонтология.
Чередование богатых окаменелостями слоев с горизонтами, скудными на них (на что первыми обратили внимание Кювье и Жоффруа), сегодня есть истина, подтвержденная всей историей науки об ископаемых. Но что же могло послужить ускорителем или замедлителем эволюции? Мы не бу дем рассматривать вмешательство в дела развития природы ни иноплане тян, ни провидения. Ограничимся известными науке естественными си лами. Без сомнения, это были высокоэффективные, мощные воздействия, способные, например, в короткий срок уничтожить могучее и многочис ленное стадо динозавров, насчитывающее несколько сот видов — среди них были малютки весом в единицы килограммов и гиганты — в десятки тонн. Динозавры господствовали на суше, в воде и воздухе.
Еще в давние времена (до эры динозавров) высшие териодонты — те рапсиды — приобрели многие черты строения и физиологические осо бенности, характерные для млекопитающих: лактация, способ дыхания и питания, обоняние. Но вдруг терапсиды исчезают. В геологических сло ях, более поздних, чем триасовый период, палеонтологи не находят ос танков терапсид. У филогенетического древа оказались обломанными крупные ветви. Однако какие-то ветви терапсид, видимо, ставшие пред ками млекопитающих, выжили, ускользнув от уничтожающего удара природы. Тем не менее палеонтологи несравненно чаще встречают в поздних слоях обширные кладбища динозавров. Судя по раскопкам, именно динозавры владели планетой примерно 150 млн. лет. Однако их эра неожиданно закончилась 64,5 млн. лет назад. Возникает вопрос: поче му так стремительно исчезло с лица Земли обширное сообщество дино завров? Существуют различные гипотезы. Одна из них — повышенная активность вулканов: газы и выброшенный пепел пеленой затянули небо и ослабили солнечное излучение — динозавры не вынесли сильного по холодания. Другая гипотеза — вспышка близкой к Земле Сверхновой звезды — и животные не выдержали чрезмерного облучения.
Травоядные получили изобилие растительного корма, безмерно раз множились, и когда пищи стало не хватать, масса животных погибла от голода.
В сходных условиях могли оказаться и наши предки. Первобытным людям охота в изобилии приносила мясо разнообразных животных, включая мамонтов, что сделало племена многолюдными. Массовое ис требление животных привело к тому, что не на кого стало охотиться.
Страшный голод опустошил тогда землю, и выжили лишь те, кто начал обрабатывать землю, приручать животных. А это свидетельствует о том, что глобальные катастрофы могли зародиться в самой биосфере, т. е. име ли земное происхождение.
Многие десятилетия идея Кювье отрицалась наукой, как, впрочем, отри цается сейчас его гипотеза о многократном возникновении животного мира, ничего общего с предшественниками не имеющего. Что же делать?
Видимо, следовать совету гениального Гёте: «Не надо застывать в сомне нии, оно, напротив, должно двигать дух к дальнейшему исследованию и испытанию, и, если они проходят на более совершенной и широкой базе, — истина одержит победу».
10.2. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КАТАСТРОФЫ Интенсивность воздействия на биосферу сельскохозяйственной, а за тем и промышленной деятельности людей особенно быстро нарастала в последние две сотни лет и достигла такого уровня, когда биосфера боль ше не могла сохраняться в своем прежнем состоянии. Назрел кризис био сферной системы, о чем и предупреждали человечество в 30-е годы XX в.
В.И. Вернадский и другие ученые. Предполагается, что из кризисного со стояния самоорганизующаяся система выходит скачком, меняя свою структуру и облик таким образом, чтобы на новом уровне организации достичь устойчивого состояния. Обычно в точке бифуркации существует несколько возможных путей для перехода системы в новое устойчивое состояние. В условиях крайней неустойчивости развиваются флуктуации и одна из них может подтолкнуть систему на конкретный путь перехода в новое состояние. Такой процесс носит случайный, вероятностный харак тер. После того как произойдет переход, назад возврата нет, система на чинает новый эволюционный этап, определяемый стартовыми условиями совершившегося перехода.
Наблюдаемые изменения на современном этапе эволюции свидетель ствуют о том, что биосфера и человечество как ее составная часть вступи ли в кризисный период своего развития. Кризис усугубляется многими неблагоприятными факторами. Так, впервые в своей истории человечест во стало обладателем мощнейших источников энергии и токсично сти — теперь за считанные минуты может быть уничтожено все живое на Земле. К счастью, осознание безумия использования подобных источ ников в традиционных способах решения межгосударственных кон фликтов — в войнах — появилось раньше, чем дело дошло до само уничтожения.
Выход из надвигающегося экологического кризиса многие видят в ра дикальном изменении сознания людей, их нравственности, в отказе от взгляда на природу как объект бездушной эксплуатации ее человеком.
Активность стихийной деятельности человека во многом зависит от эти ческих норм его поведения. По мнению митрополита Волоколамского и Юрьевского Питирима, «. этические нормы поведения человека опреде ляют как бытие, так и взаимодействие с окружающей средой. Земля отве чает не просто неурожайностью почвы или изменением климата на нару шение нравственного ведения хозяйства, но и способна, накапливая отри цательное воздействие, выражать тектоническими изменениями свою ре акцию на поступки человека».
В.И. Вернадский и другие крупные ученые вселяют оптимизм и наде жду: любые трудности человечество сможет преодолеть. Однако среди возможных устойчивых состояний, в которые биосфера как система смо жет перейти в процессе самоорганизации, есть и такие, которые исключа ют жизнь на Земле или существование на ней человечества. А так как ме ханизм перехода управляется случайными факторами, то вероятность та ких неблагоприятных для человека вариантов достаточно высока. Напри мер, по случайным причинам или преднамеренно может произойти самоуничтожение человечества в ядерном конфликте. Или к тем же ре зультатам приведет неспособность справиться с надвигающейся экологи ческой катастрофой. Благоприятный выход из неустойчивого состоя ния — образование ноосферы. Является ли в действительности переход ный процесс в точке бифуркации независящим от воли человека, чисто случайным явлением?
Значительно труднее решить экологическую проблему. Человечество не может (и не должно) отказаться от современной цивилизации — ис точника благополучия и комфортных условий жизни, и в то же время соз дающей неблагоприятные флуктуации, способные подтолкнуть биосфе ру на переход, исключающий возможность существования в ней челове ка. К сожалению, некоторые подобные флуктуации пока еще до конца не выявлены, что усложняет определение способов их подавления. Однако совершенно ясно, что экологические проблемы возможно решать только совместными усилиями всех стран и народов. Нет сомнений, что понадо бятся осознанные людьми ограничительные меры: снижение потребле ния энергии, организация более экономного ведения промышленного производства, сокращение добычи и потребления важнейших полезных ископаемых. Необходимо, кроме того, изменить отношение человека к животному и растительному миру планеты, осознать демографические проблемы и сделать многое другое. Успешное решение всей совокупно сти возникающих экологических и иных проблем невозможно без науч ного предвидения результатов любой природопреобразующей и социаль ной деятельности людей, а также без создания налаженной системы управления и контроля при проведении в жизнь разрабатываемых меро приятий.
Научное предвидение предполагает знание алгоритма поведения сис темы при действии на нее управляющих и возмущающих факторов. Для сравнительно простых систем, обладающих линейным откликом на воз мущающие воздействия, получить такой алгоритм не представляет труда.
Хуже обстоит дело с системами, состояние которых определяется боль шим числом независимых параметров и параметров со сложным характе ром взаимосвязей. И еще хуже, когда сложная система — нелинейная и описывается функциями с разрывами. А биосфера и ее подсистемы при надлежат именно к системам такого типа. Подобные управленческие за дачи пока не решаются, но активно ведутся поиски путей их решения.
Скорее всего, на первых порах задача научного управления будет состо ять в предотвращении разрушения биосферы на стадии ее перехода в ноо сферу, в борьбе с экологической катастрофой. Это станет возможным лишь при условии глобального охвата основных сфер человеческой дея тельности системами предвидения, управления и контроля. На этой осно ве человечество обеспечит вступление в ноосферу.
10.3. ПРИРОДНЫЕ КАТАСТРОФЫ И КЛИМАТ Изменение климата. Климат планеты меняется на наших глазах. И подтверждают это природные катастрофы, все чаще обрушивающиеся на Землю. По расчетам климатологов, средняя температура планеты в конце XXI в. поднимется на три градуса. А выводы, сделанные при исследова нии Гренландского ледяного щита, говорят о возможном повторении дра матических изменений от жаркого климата пустыни до холодов великого оледенения. Погода последнего времени, кажется, ни у кого не оставляет сомнения в том, что климат нашей планеты меняется. Появляются сооб щения о небывалых наводнениях, разрушительных циклонах, тайфунах и смерчах. По сравнению с 60-ми годами XX в. число природных стихий на планете увеличилось вчетверо, скорости ветра возросли, материальный ущерб, приносимый стихиями, по меньшей мере удесятерился.
Многие отмечают, что в последние несколько лет зимы стали теплее.
Но только специалисты, на вооружении которых современные приборы и методы исследования, задолго до наших дней обнаружили признаки по тепления атмосферы. Сто лет измерений массы глетчеров (ледников) в Альпах показали, что количество льда уменьшилось вдвое. За эти же сто лет уровень Мирового океана поднялся на 20 см. За последние годы темп пополнения океана увеличился, его уровень растет за десятилетие на 3 см.
Мировой океан, преимущественно в тропических широтах, за последние 50 лет нагрелся в верхних слоях на 0,5 °С. Например, течение Эль-Ниньо в восточной части Тихого океана стало теплее, а поскольку размеры этого течения огромны, оно оказывает влияние на весь климат планеты.
В результате исследования климата в прошлом американские ученые пришли к выводу: Северное полушарие в XX в. оказалось наиболее теп лым за последнее тысячелетие. За минувшие 100 лет средняя температура поверхности поднялась примерно на 1 °С. Если не удастся ослабить при водящий к потеплению парниковый эффект, то в XXI в. температура вы растет на 3—3,5 °С и климат планеты окажется самым теплым за несколь ко последних миллионов лет.
Анализируя ледяные керны, получаемые при бурении Гренландского ледника на различной глубине, гамбургские климатологи сравнили коле бания температуры за прошлое тысячелетие с теми изменениями, что происходят в последние годы. Увы! За десять веков такого процесса поте пления, как сейчас, не наблюдалось. Нынешнее потепление — единст венное в своем роде. Правда, сегодня оно чуть меньше, чем предвещали расчеты на компьютерных моделях, но этому найдено объяснение:
оксиды серы, выделяемые производством, уменьшают прозрачность ат мосферы и в результате на поверхность Земли падает меньше солнечных лучей.
На изменение температуры влияют и природные процессы и не зави сящие от человека природные процессы, например извержение вулканов.
Так, проснувшийся в 1991 г. на Филиппинах вулкан выбросил в атмосфе ру многие миллионы тонн частиц серы. И вот результаты: в следующем году средняя температура атмосферы понизилась на 0,4 °С, а в 1993 г. — на 0,2 °С. Между тем, в 1990 г. наблюдалась исключительно высокая тем пература. Однако, как показывает оценка специалистов, основная причи на потепления — все же загрязнение биосферы.
Климат в прошлом. Примерно на три градуса теплее было в послед ний раз на Земле более 100 000 лет назад. В Центральной Европе тогда было так же тепло, как теперь в Африке. Через дубовые леса на севере Ев ропы пробирались стада слонов, в реках плескались бегемоты, на берегах отдыхали львы — все это документально доказывают останки животных, найденные палеонтологами, и рисунки в пещерах на юге Франции.
Любопытно, что похолодание на те же три градуса произошло в по следний ледниковый период, более 10 000 лет назад. Тогда половину Ев ропы покрывал ледовый панцирь, уровень океана был на 120 м ниже, чем сейчас, животный мир — сродни сегодняшнему арктическому. В исто рии человечества этот период отмечен распадом сложившихся крупных объединений людей — небольшие группы легче перемещались и успеш нее охотились. Люди вынуждены были отступать к югу. Есть много при знаков того, что поворот к холодному климату стал «повивальной баб кой» для Homo sapiens — заставил людей больше думать и работать.
Заглянем в прошлое еще глубже. Примерно 5 млн. лет назад Гималаи выросли так, что изменили направление ветров. Почти высохло Среди земное море. В Северном полушарии стало холоднее, а почва получала мало влаги — дожди были редкостью. В центре Африки ранее пышные леса поредели, зато саванна раскинулась во всю ширь. Добывать пищу стало труднее.
Когда 10 000 лет назад закончилось последнее оледенение, растаяли гигантские массы льда, уровень Мирового океана поднялся на сто с лиш ним метров. Человечество вынуждено было спасаться от нашествия океа на — ведь большинство людей жило на берегах морей, занимаясь в ос новном рыболовством. Возможно, эта невиданная по масштабам природ ная катастрофа нашла отражение в библейском сказании о потопе. Воспо минания о невиданном наводнении есть в преданиях и мифах многих народов. Уцелевшие в этой катастрофе были вознаграждены очень мяг ким и теплым климатом. Там, где сейчас лежат мертвые пески Сахары, в те времена росли маслины, кипарисы, лавр. Через Северную Африку тек ли полноводные реки. В Месопотамии и Египте закладывались первые древнейшие цивилизации, которые удивляют и сегодня.
Окончание ледникового периода ознаменовалось стабильностью климата — средняя температура на планете с тех пор не отклонялась больше чем на один градус. Но изменения температуры даже в столь ма лых пределах сказались на судьбе человечества. По мнению многих авто ритетных ученых, минимальное охлаждение послужило причиной вели кого переселения народов, а позже — и нашествия монголов. С другой стороны, повышение температуры на полградуса позволило кельтам в Шотландии заниматься виноградарством, а викингам — разводить скот на зеленых лугах Гренландии. «Средневековая весна» — от 800 до 1300 г. — позволила европейцам возвести великолепные готические хра мы: Нотр-Дам в Париже, соборы в Реймсе, в Солсбери и других городах.
Многие селения вымирали, города опустели. Предполагается, что именно такие условия способствовали эпидемиям чумы, не раз опустошавшей села и города. Европа потеряла примерно 25 млн. жителей. Многие уче ные связывают случившиеся беды с изменениями климата.
Долгосрочные прогнозы. Результаты исследований с применением математических компьютерных моделей не оставляют сомнения в том, что при сохранении выбросов в атмосферу на прежнем уровне первым пострадает от большой жары Южное полушарие. Там станет гораздо суше, чем теперь. Повышение температуры на два градуса уменьшит и без того скудные осадки на 10%. Пруды высохнут, почва растрескается, возникнут пустыни в Южной Испании, Греции, на Среднем Востоке, не говоря уже о захвате африканскими пустынями новых тысяч квадратных километров ныне еще живых мест. Южные штаты США будут напоми нать сегодняшние пустыни Аризоны и Невады.
В то же время в Северном полушарии станет теплее и более влажно.
Германия, например, приблизится по климатическим условиям к тепе решней Италии. На месте вечной мерзлоты в Сибири будет дозревать пшеница, а на берегах Балтийского и Северного морей появятся тропиче ские растения. Значит ли это, что в таких местах наступят райские време на? Климатологи не столь уж оптимистичны. Потепление будет сопрово ждаться частыми дождями, не всегда благоприятными для сельского хо зяйства. 120-летняя погодная статистика позволяет заключить, что в Се верном полушарии изменяется пропорция между дождями и снегом.
Европейцы должны будут свыкнуться с зимними дождями и с засушли вым летом. Жителям Севера придется встретиться с новыми для них ин фекциями, до сих пор распространенными в южных широтах. Тропиче ская малярия, желтая лихорадка — эти болезни в последние годы расши рили свои территории в Южной Америке, Азии и Африке. По оценкам голландских ученых, в новых климатических условиях ежегодно до 80 млн. жителей Севера могут стать жертвами опасных для жизни заболе ваний, пришедших с Юга. Столкновение населения северных широт с не известными ему болезнями — одна из серьезнейших проблем климати ческих перемен.
Кому же парниковый эффект принесет пользу, а кому убытки? На этот вопрос еще, пожалуй, никто не может ответить точно, хотя измене ния климата — уже не научная гипотеза и не только показания чувстви тельных приборов, а явление, развертывающееся у всех на глазах. Запад ные специалисты отваживаются делать некоторые прогнозы. Северные государства — Россия и Канада — смогут увеличить производство пше ницы на 30%, тогда как, например, в таких южных государствах, как Па кистан или Бразилия, на те же 30% уменьшится урожай. Вернее сказать, перемены климата ударят с одинаковой силой как по Югу, так и по Севе ру. Бури еще неведомой силы будут атаковать не только экватор, но и средние широты. Ученые прогнозируют шторм (циклон), которого еще не было на Земле: он будет способен сокрушить небоскребы Нью-Йорка или Токио и в считанные секунды уничтожить то, что создавалось поко лениями людей.
Особую настороженность климатологов вызывают тропические ци клоны, образующиеся в зонах, где температура поверхности океана пре вышает 26 °С. Раньше такие зоны занимали сравнительно небольшие пло щади, но при продолжающемся нагреве атмосферы области, порождаю щие циклоны, могут стать устрашающе большими. И тогда циклоны вый дут за пределы тропической зоны, станут появляться в океане у берегов Европы или в пределах Средиземного моря. Подобный циклон уже воз никал и достиг Ирландии, правда, в ослабленном виде.
В последнее время особенно часто стали посещать зимние бури Евро пу — континент не защищен горами вплоть до Урала. Раньше основным препятствием на пути сильных ветров с Атлантики был антициклон, та кой массивный, что он, как высокий хребет, рассекал ветры с океана и на правлял на юг и на север. В последние годы этот антициклон из-за мягких зим ослабел и не сдерживает ураганы с запада. Области низкого давления стали проникать в Центральную и Восточную Европу. Ежегодно могут повторяться опустошительные наводнения той же силы, какую они про демонстрировали весной 1997 г., затопив многие большие города Евро пы. Правда, некоторые специалисты одну из причин наводнений объяс няют тем, что реки искусственно спрямлены и перегорожены плотинами и из-за этого потеряли подготовленные природой места разливов. Есть и другая причина разгула водной стихии. Все чаще в Европе зимой идет дождь, а не снег. Многие возвышенности всю зиму остаются без снежных покровов. При потеплении снег тает не мгновенно, а постепенно, дожде вая же вода скатывается в ложбины и русла без задержки.
Жители долин рек и морского прибрежья с приближением потепле ния будут страдать от затоплений в разные времена года. В некоторых странах уже обсуждаются законы, запрещающие строительство жилья в местах, подверженных стихийным катастрофам. Однако подобное зако нодательство в той или иной степени приемлемо для стран, занимающих большие площади. А что делать такой стране, как Бангладеш с ее населе нием в 115 млн., расположенной в глубокой и протяженной долине реки Брахмапутры, сливающейся затем с Гангом (обе реки являются крупней шими реками планеты), к тому же здесь вода будет поступать не только из верховьев реки, но и из моря? Такой вопрос остается пока без ответа.
Потепление климата поднимет уровень Мирового океана вследствие таяния ледников в горах, уменьшения ледяной шапки Антарктиды и тем пературного расширения воды. Наступающий океан в следующем столе тии отнимет у суши вдоль берегов примерно 5 млн. км 2 — это половина площади Европы.
По подсчетам ученых, защита от наступающего океана густонаселен ных низменных берегов, приморских городов и портовых сооружений обойдется в целом миру без малого в 500 млрд. долл. Оплатить столь большие расходы, вероятно, смогут лишь индустриальные страны — раз вивающимся странам они не по карману. Развитые страны могут выде лить для защиты своих берегов определенную долю совокупного нацио нального дохода. Жителям же, например, Мальдивских островов, на ко торых самая высокая точка возвышается всего на 3 м над уровнем океана, придется расплачиваться более чем третью валового национального до хода. Они будут вынуждены переселиться в более безопасные места.
Равновесие климата. Новейшие изыскания палеоклиматологов дают основания утверждать, что компьютерные модели рисуют непол ную, размытую картину того, что ожидает человечество, когда парнико вый эффект скажется в полной мере. Об этом свидетельствуют результа ты многолетней работы экспедиций на Гренландском ледяном щите.
Пробурено 3 км льда — последние слои льда отложились на каменную скалу 250 000 лет назад. Важные сведения дают мельчайшие воздушные пузырьки, включенные в лед. По соотношению двух изотопов кислорода в воздухе такого пузырька можно судить, при какой температуре воздух был заключен в лед при его образовании.
Исследуя пузырьки воздуха, находящиеся в слоях льда, имеющего возраст 125 000 лет, климатологи сделали сенсационное открытие. Обна ружилась странная закономерность: средняя температура в течение деся ти лет внезапно упала на 14°С. Так продолжалось 70 лет, затем так же вне запно температура вернулась в прежнее состояние, и надолго. Но после этого опять так же резко наступили холода. Температура несколько раз «прыгала» таким образом то вниз, то вверх. Выводы гренландской экспе диции, проводимой европейцами, вызвали у некоторых ученых сомне ния. Однако американский исследователь в той же Гренландии на рас стоянии 30 км от европейской скважины пробурил свою. Полученный им результат подтвердил факт необъяснимых прыжков температуры.
Гренландия — это своеобразная кухня европейской погоды. Следо вательно, весь континент через десятилетия то погружался в североси бирскую стужу, то разогревался до тропической жары. Полученные дан ные заставили всерьез задуматься всех климатологов. Температура в теп лый период превышала сегодняшнюю среднюю глобальную температуру всего на три градуса. В этом смысле тот период — некий провозвестник ожидаемого нами повышения температуры из-за парникового потепле ния Земли. Что, если вызванное человеческой деятельностью потепление приведет к такому же нестабильному состоянию климата — скачкам от холодных периодов к очень теплым? Тогда европейцам придется то при спосабливаться к жизни в пустыне, то замерзать, как мерзли неандерталь цы во времена великого оледенения. Такая перспектива, конечно, страш нее, чем все другие сценарии предполагаемого развития климата на Земле (правда, не все ученые разделяют эту точку зрения). К всеобщему потеп лению растения приспособиться еще могут, как и вообще сельское хозяй ство, но к резкому изменению высокой температуры на низкую — несо мненно, нет.
Исследователи предполагают, что драматический сценарий климата может быть вызван изменениями атлантических течений. В Атлантике в районе Исландии — Гренландии вращается, можно сказать, «тепловой вал». Поверхностный поток, несущий в 20 раз больше воды, чем все реки Земли, — известный Гольфстрим, — в этом месте остывает окончатель но, поворачивает вниз и течет на юг. Там вода, нагреваясь, всплывает вверх и снова течет на север, неся с собой огромное количество тепла.
Океан чрезвычайно чувствителен к изменениям климата. Например, цир куляция Гольфстрима может остановиться, если на каком-либо участке его пути, предположим, остывшая вода Гольфстрима не сможет, как обычно, нырнуть на севере ко дну из-за того, что ее разбавит пресная вода растаявших ледников, и она потеряет соленость и станет легче, — а это может случиться при потеплении климата. Тогда «машина» для переноса тепла на север остановится. Европа по климату превратится в Аляску, и это будет продолжаться до тех пор, пока северная часть Гольфстрима не станет опять солонее.
Только в последние 10 000 лет не было ощутимых помех в установив шемся равновесии климата, оказавшегося стабильным. Но никто не знает причин этого! Человечеству предоставилась счастливая возможность жить в таких исключительно стабильных климатических условиях, и оно должно помнить: производя те или иные действия, связанные с вторже нием в биосферу, нельзя нарушать установленное самой природой равно весие климата.
10.4. ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ И КИСЛОТНЫЕ ОСАДКИ Парниковый эффект. В результате многогранной деятельности че ловека в атмосфере возрастает содержание многих газов и их примесей.
При этом тепло медленно накапливается в ближайшем к поверхности Земли атмосферном слое. Так возникает парниковый эффект, вызываю щий глобальное потепление.
Первая научная работа о парниковом эффекте была опубликована в 1896 г. шведским физиком и химиком С. Аррениусом (1859—1927). Ана лизируя изменение состава атмосферы при промышленном сжигании угля, он пришел к выводу, что в результате деятельности человека может произойти радикальное изменение погоды в глобальных масштабах. Из его расчетов следовало, что при увеличении содержания углекислого газа в атмосфере вдвое температура на земном шаре может повыситься в сред нем на 4—6 °С (позднее он уточнил, что цифры были несколько завыше ны). Известные в то время методы исследований не позволяли экспери ментально подтвердить выводы ученого. В результате регулярных изме рений концентрации углекислого газа в атмосфере, начавшихся в середи не XX в., установлено: с течением времени концентрация углекислого газа в атмосфере медленно возрастает.
В 80-х годах XX в. на советской антарктической станции «Восток»
при глубоком бурении и анализе химического состава воздушных пу зырьков в слое льда обнаружено изменение концентрации углекислого газа за 160 тыс. лет. При этом косвенным путем определялось изменение температуры за тот же период времени. При сопоставлении полученных данных выявлена корреляция изменений концентрации углекислого газа и температуры. В результате сделан вывод: за указанный период времени углекислый газ вносил заметный вклад в парниковый эффект.
Согласно данным, полученным с помощью французско-американско го спутника, уровень Мирового океана в последнее время ежегодно под нимается на 1—3 мм. Предполагается, что это связано с общим потепле нием климата, причем не только с таянием льдов, но и с термическим рас ширением воды. Систематические наблюдения показывают: в последние десятилетия появились признаки общей тенденции — климат на Земле теплеет. Есть и другие доказательства такого вывода. Так, относительно недавно в водах, омывающих Антарктиду, кораблю впервые удалось пройти вокруг острова Джеймса Росса. До сих пор проливы там были за крыты монолитными льдами. Льдина площадью в 4,2 тыс. км 2 откололась от остального массива льда: температура в этих местах на 2,5 °С превыси ла среднюю многолетнюю. Предполагается, что началось таяние южной полярной шапки планеты.
С течением времени средняя температура поверхности нашей плане ты колеблется, но прослеживается тенденция ее повышения (рис. 10.2), которое можно объяснить прежде всего ростом количества сжигаемого то плива. Рекордным по потреблению ископаемого топлива стал 1996 г. — израсходовано около 8 млрд. т условного топлива. По сравнению с 1992 г.
в 1997 г. было сожжено примерно на 500 млн. т условного топлива боль ше, а следовательно, увеличился и выброс в атмосферу продуктов горе ния. Хотя в 1996 г. температура на нашей планете понизилась на 0,08°С, но в среднем в последнем десятилетии наблюдалось потепление.
При восстановлении нормального состава атмосферы важное значе ние имеет биогеохимический круговорот углерода с участием раститель ности. Различные растения, в том числе и крупные лесные массивы, часто называемые легкими Земли, поглощают углекислый газ и поставляют ки слород, столь необходимый всему живому. Однако в наше время таким легким нанесены серьезные, опасные раны, и их необходимо залечивать.
Только в период с 1980 по 1995 г. истреблено около 180 млн. га леса. Это площадь такой страны, как Мексика! Следует, однако, отметить, что в тропических широтах рубка леса несколько замедлилась, и, кроме того, во многих странах периодически производится посадка молодых лесов.
Интенсивное развитие промышленности и прежде всего рост произ водства автотранспорта ведет к непрерывному повышению концентра ции углекислого газа в атмосфере — в XX в. она увеличилась на 20%. Как это может сказаться на продуктивности биоты — исторически сложив шихся комплексов живых организмов? Предполагается, что общая про дуктивность биоты не изменится, но произойдет ее перераспределение по различным географическим зонам.
Известные оценки глобального экологического состояния нашей пла неты носят дискуссионный характер. Окончательные выводы делать очень опасно. Так, например, по некоторым расчетам, в начале XXI в.
средняя температура планеты повысится на 0,5—0,6 градуса. Однако и колебания температуры могут составлять плюс-минус 1 °С. В этой связи возникает вопрос: является ли наблюдаемое потепление естественным процессом или это проявление усиливающегося парникового эффекта?
Многие климатологи считают: парниковый эффект есть — это бесспор но. Учитывать его безусловно надо, но говорить о неизбежности трагедии не следует. Человек может и должен сделать многое, чтобы предотвра тить надвигающуюся экологическую катастрофу или, по крайней мере, смягчить нежелательные последствия наблюдаемых явлений.
Кислотные осадки. Кислотные осадки являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды. Кислотные соединения (преимущественно производные оксидов серы и азота) образуются есте ственным образом во время грозы, при извержении вулканов, в результа те жизнедеятельности бактерий. Но все же ощутимая масса кислотных соединений содержится в выбрасываемых газах автомобильного транс порта, теплоэлектростанций, различных плавильных печей и т. п.
Систематические наблюдения показывают, что в некоторых местах выпадают осадки, приближающиеся по кислотности к столовому уксусу.
Масштабы ущерба от них огромны. Обнаруживаются все новые формы их проявления. Если вначале оценивался вред, приносимый кислотными дождями преимущественно озерным и речным экосистемам, то в даль нейшем стали учитываться и такие их последствия, как повреждение зда ний, мостов и других сооружений. Труднее всего оценить влияние ки слотных осадков на живую природу, в том числе и на здоровье человека.
Особенно большой вред наносится озерам, вода которых не содержит ще лочных соединений, способных нейтрализовать кислотность. В кислой воде озер замедляется рост растений и водорослей, сокращаются или во обще исчезают популяции рыб. Кислотные осадки снижают плодородие почвы и, как следствие, падает урожайность культурных растений. Ней трализация почвы требует больших материальных затрат.
Кислотные соединения, попадая в атмосферу, вне зависимости от их природы распространяются на сравнительно большие расстояния от их источника (рис. 10.3). Они выпадают в виде дождя, снега (мокрые осадки) или в виде аэрозолей (сухие осадки).
Сравнительно высокий уровень кислотных загрязнений дают тепло вые электростанции, работающие на угле, содержащем серу большой концентрации, которая при сжигании превращается в газообразный диок сид серы и выбрасывается из дымовых труб. Перемещаясь в атмосфере, диоксид серы медленно реагирует с парами воды, образуя серную ки слоту.
Образование оксидов азота, их химическое превращение и выведение из атмосферы — довольно сложный процесс. Азот и кислород, нагревае мые до высоких температур в силовых установках, доменных печах и ав томобильных двигателях, превращаются в моноксид азота NO, который, вступая в реакцию окисления, образует диоксид N O 2, а иногда и азотную кислоту HNO 3. Основным источником диоксидов азота является не топ ливо, а содержащийся в воздухе азот, если температура горения превы шает 1000 °С.
Для уменьшения содержания оксидов серы и азота применяются раз ные методы. Так, при сжигании угля производится предварительное его измельчение с последующим промыванием водой, что позволяет удалить 25—50% серы. При гидрировании нефти и нефтепродуктов с повышени ем давления содержащаяся в них сера переходит в соединение H 2 S, легко отделяемое от сконденсированного топлива. Сравнительно недавно предложен высокоэффективный метод очистки: сжигание топлива в виде смеси угля и известковой пыли при температуре 800—900 °С;
при этом удаляется до 90 % серы и одновременно предотвращается образование оксидов азота. С применением катализаторов можно произвести дальней шую очистку. Для обезвреживания выхлопных газов автомобилей приме няются различные способы очистки: частичный возврат выхлопных га зов, применение обедненной топливной смеси, использование катализа торов и др.
Химический анализ состава атмосферы, внедрение высокочувстви тельных приборов для определения концентрации газовых примесей в воздухе, изучение кинетики и динамики основных атмосферных реакций и создание новых эффективных методов, позволяющих сократить вред ные выбросы, приводящие к кислотным осадкам, — вот важнейшие зада чи, от успешного решения которых зависит сохранение естественного со стояния окружающей среды.
10.5. СОХРАНЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ Озоновому слою Земли посвящено сравнительно много публикаций:
в одних утверждается, что озоновый слой исчезает быстро и необратимо и жить человечеству осталось недолго, а в других — авторитетное успо коение: озоновые дыры существовали всегда, и это нормальный естест венный процесс, на который человечество никак повлиять не может. Так что же происходит на самом деле с атмосферным озоном?
Озон О3 представляет собой едкий, слегка голубоватый газ. Его моле кула состоит из трех атомов кислорода. Озон — одна из наиболее важных составляющих атмосферы Земли. С экологической точки зрения наиболее ценное его свойство — это способ ность поглощать опасное для живых организмов ультрафиолетовое излу чение Солнца. С другой стороны, он сильнейший окислитель (попросту яд), способный отравлять ту самую флору и фауну, которую защищает, находясь в стратосфере. Отравляю щее действие озона приносит пользу при очистке воды от болезнетворных организмов: озонирование воды — один из лучших способов ее очистки.
Кроме того, озон обладает свойством парникового газа, влияющего на изменение климата.
С точки зрения различных функций и свойств один и тот же по хими ческому составу озон можно условно разделить на «плохой» и «хоро ший». «Плохой» озон, входящий в состав фотохимического смога, пора зившего многие крупные города, находится в приземном слое тропосфе ры и, достигнув определенных концентраций, представляет опасность для всего живого. Однако основная часть озона сосредоточена в страто сфере, расположенной над тропосферой на высоте 8 км над полюсами, 17 км над экватором и простирающийся вверх на высоту примерно 50 км.
Это — «хороший» озон: он защищает все живое от опасного ультрафио летового излучения.
Проблемы разрушения озонового слоя и образования городского смо га часто обсуждаются в средствах массовой информации, и это дает по вод полагать, что в атмосфере Земли содержится слишком много озона.
Действительно, его может оказаться слишком много в тропосфере, где он наносит вред флоре и фауне, и слишком мало там, где он выполняет за щитную функцию. В целом же общее количество озона в атмосфере срав нительно мало: если его сжать до плотности воздуха у поверхности Зем ли, то получится слой толщиной примерно 3,5 мм. Концентрация озона в атмосфере зависит от географической широты, высоты, времени года, ак тивности Солнца, техногенного воздействия и т.п. Естественные ее коле бания могут достигать 25%. Распределение озона по высоте представлено на рис. 10.4, где концентрация дана в условных единицах, соответствую щих давлению в миллипаскалях (мПа). В стратосфере сосредоточено 90% всего озона, 10% — в тропосфере, частично в смоге. Больше всего озона находится на высоте 20—25 км, где его концентрация превышает 30 мПа, 27- что соответствует примерно одной молекуле озона на 100 000 молекул воздуха.
В процессе развития жизни на Земле совершенно случайно оказалось, что озон, образовавшийся в древней земной атмосфере, и клетки живых организмов поглощают биологически опасное коротковолновое излуче ние Солнца в одном и том же диапазоне длин волн 230—290 нм. Опасное воздействие ультрафиолетового излучения на живую клетку заключается в том, что оно повреждает молекулы ДНК, поглощающие его сильнее, чем молекулы белков клетки. С формированием озонового слоя появи лась, может быть, единственная возможность во Вселенной для развития большого разнообразия живых форм, включая человека. Поэтому весьма важно представлять механизмы образования и разрушения озона.
Основной источник озона в атмосфере — молекулярный кислород О2, который под действием ультрафиолетового излучения распадается на атомы. Атомы кислорода О вступают в связь с молекулами О2, образуя молекулы озона О 3. Атомарный кислород образуется на высоте выше 20 км при расщеплении молекулы кислорода ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 240 нм. В нижние слои атмосферы такое излуче ние не проникает, и здесь атомы кислорода образуются в основном при фотодиссоциации двуокиси азота под действием МЯГКОГО ультрафиолето вого излучения с длиной волны более 300 нм (рис. 10.5).
Поскольку связь атома О с молекулой О2 в озоне слабая, достаточно видимого света, чтобы молекула озона распалась на исходные составляю щие. Если бы после образования озона можно было изолировать солнеч ное излучение, то озон сохранялся бы в атмосфере довольно долго. Так оно в действительности и происходит: накопленный за день в стратосфе ре озон за ночь не распадается.
Ускорению естественного распада озона способствует его взаимодей ствие с частицами, содержащими Cl, Br, NO, ОН, среди которых наиболее опасны хлор и бром и особенно хлор, входящий в состав различных видов фреонов. При взаимодействии атомов хлора с озоном образуется оксид хлора и кислород (рис. 10.6). Несмотря на то что скорость появления ато мов хлора из фреонов в стратосфере в миллионы раз меньше скорости об разования молекул озона при солнечном излучении, один атом хлора мо жет разрушить сотни тысяч молекул озона. Происходит цепная реакция, включающая сотни тысяч звеньев. Этот механизм разрушения озона име ет антропогенный характер: фреоны стали производиться человеком во второй половине XX в. и широко использоваться в качестве хладагентов в холодильниках, пенообразующих агентов в огнетушителях, аэрозольных наполнителей, при химической очистке одежды, при производстве пено пластов и т.п. Молекулы фреонов довольно устойчивы, плохо растворя ются в воде и легко проходят тропосферу, достигая стратосферы, где сконцентрирован озон.
Наиболее яркое проявление антропогенного воздействия на озоно вый слой Земли — это антарктическая озоновая дыра, в которой истоще ние озона составляет более 50%. После осознания последствий разруше ния озонового слоя антропогенными источниками были сделаны важные шаги — приняты Венская конвенция (1985) и Монреальский протокол (1987), запрещающие производство озоноразрушающих веществ. По мере сокращения их производства в последнее время отмечается некото рая стабилизация в содержании озона в стратосфере и даже тенденция к его восстановлению. Расчеты показывают, что процесс восстановления озона будет происходить в течение всего текущего столетия. Ускорение этого процесса — еще один важный шаг в решении сложной проблемы сохранения озонового слоя.
10.6. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ИХ СОХРАНЕНИЕ Необходимые для жизнедеятельности всего живого водные ресур сы — это соленая вода океанов и морей, пресная вода озер, рек и подзем ных источников. Гигантский объем воды сосредоточен в ледни ках — около 30 млн. м 3. Существенная доля водяных паров образуется при естественном испарении поверхностных вод.
Наша страна, как никакая другая, богата водными ресурсами. Но, к сожалению, многие озера заболачиваются, реки мелеют, а иногда совсем исчезают. Редко где можно встретить на озере либо реке прекрасную снежно-белую кувшинку — индикатор чистоты воды. Многие реки несут непомерную нагрузку. Можно было бы говорить обо всех реках, но оста новимся на одной из них — Волге. Проблемы Волги — это проблемы не только всех рек и всей России, но и всей планеты в целом.
Сравнительно недавно, в середине XX в., за годы «великих строек»
Волга, крупнейшая река Европы, превратилась в цепь каналов, шлюзов и водохранилищ. Теперь многие понимают, что такое превращение обора чивается серьезными бедствиями.
По данным Института литосферы РАН, большая часть волжского бас сейна находится в критическом состоянии. Ежегодно в Волгу поступает более 300 млн. т минеральных веществ, 64 тыс. т фенола, более 100 тыс. т соединений железа, более 6 млн. т сульфата, свыше 10 млн. т хлоридов и т.д. В бассейн Волги в 1990 г. было сброшено 23,3 км 3 сточных вод. Из них совершенно неочищенных — 1,9, мало очищенных — 9,6, так назы ваемых нормативно очищенных, а на самом деле тоже недостаточно очи щенных — 1,6 км. Основная масса загрязненных вод, как ни странно, по ступает через сети коммунального хозяйства, а на долю промышленных отходов приходится меньше половины. Сокращение объема пресновод ного стока с завершением строительства Нижнекамского и Куйбышев ского водохранилищ и загрязнение воды привели к тому, что за послед ние 35 лет годовой лов рыбы в Волго-Каспийском регионе снизился в во семь раз. Судака стало меньше в 24, леща в 4,5, сельди — в 16 раз. Рыба гибнет в основном из-за того, что количество фенола, ионов меди, цинка, нефтепродуктов и пестицидов в волжской воде в последние годы превы шает допустимые нормы в десятки и сотни раз. А с конца 70-х годов XX в.
резко повысилось содержание азота, фосфора и органических веществ.
Очевидно, если вода в Волге будет чистой, то и рыба в ней не переве дется. Многие ли знают, что для рыб вода должна быть чище, чем питье вая? Воду, не пригодную для рыбы, люди в соответствии с установленны ми нормами пить могут. Мы должны стремиться к тому, чтобы на питье вую воду были установлены те же нормы, что и для рыб.
Каков же материальный ущерб, нанесенный Волге строительством целого комплекса ГЭС? Ежегодные потери из-за недополучения продук ции при затоплении более 1 млн. га сельскохозяйственных земель оцени ваются — в 16 млрд. долл. и из-за потери рыбных запасов — в 4—6 млрд.
долл. Если учесть эти потери, то по себестоимости электроэнергии дейст вующие ГЭС станут невыгодными по сравнению, например, даже с ТЭЦ.
Но остановить их работу, одновременно и сразу спустить воду невозмож но — энергия нужна всем. Значит, надо искать способы реконструиро вать ГЭС таким образом, чтобы они наносили минимальный ущерб при роде.
Загрязняются и подвергаются воздействию не только воды рек, но и грунтовые воды прежде всего различными видами отходов. Применяе мые в течение длительного времени способы захоронения бытовых и промышленных отходов основывались на том, что миграция отходов ма ловероятна и что со временем содержащиеся в них соединения окисляют ся, гидролизуются или перерабатываются бактериями в безвредные про дукты. Однако результаты исследований показали, что некоторые виды отходов слабо разлагаются и способны мигрировать, а часть их перераба тывается бактериями не в безвредные, а в токсичные вещества. Загряз няющие вещества от различных источников могут распространяться в поверхностных слоях земной коры на большие расстояния от источников загрязнения и проникать в водоносные пласты (рис. 10.7).
Вынужденное захоронение всех видов отходов в грунте требует пред варительных и сопутствующих физических, химических и биологиче ских исследований, результаты которых позволят представить реальную картину миграции составляющих отходы соединений, а также процесс их разложения.
За последние десятилетия резко возрос объем антропогенных, в том числе и пластмассовых отходов, засоряющих не только огромные площа ди суши, но и моря, и океаны. Пластмассы разрушаются очень медлен но — некоторые из них в течение нескольких десятков лет. Но все же уси лиями химиков выход найден—синтезированы пластики с особой струк турой и свойствами, отходы от которых наносят минимальный ущерб ок ружающей среде. В такие пластики внедряются светочувствительные мо лекулярные группы, способные поглощать солнечное излучение, приво дящее к расщеплению полимера.
Существует несколько способов сохранения водных ресурсов:
— оптимальная комбинация химической и биологической очистки сточных вод;
— применение дополнительных средств очистки сточных вод, со держащих особо стойкие вещества;
— внедрение озонирования воды для ее обеззараживания;
— окисление загрязняющих веществ при высокой температуре и вы соком давлении;
— высокотемпературное сжигание отходов и обработка их адсор бентами и ионообменными смолами;
— циклическое применение воды при теплоотводе от различных ме ханизмов и агрегатов;
— возвращение в производственный цикл ценных веществ, напри мер металлов, вызывающих загрязнение почвы и воды;
— создание быстроразлагающихся заменителей пестицидов, широко применяемых как средство борьбы с болезнями и вредителями растений.
Успешное решение проблемы сохранения окружающей среды, в том числе водных ресурсов, зависит не только от ученых, специально зани мающихся данной проблемой и предлагающих эффективные методы очистки воды, но и от всех людей, бережно относящихся к природе, в том числе и к водным ресурсам.
10.7. ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ И СРЕДА НАШЕГО ОБИТАНИЯ Прошедшее столетие непременно войдет в историю человечества как век стремительного роста городов, бурного развития грузового и легко вого транспорта, интенсивного строительства протяженных дорог и рас ширения автострад, освоения воздушного, а затем и космического про странства, создания микроэлектронной и компьютерной техники и т.д.
Вместе с тем это был век дешевой энергии. Многие помнят, что не так давно воздвигали громадные дома, не заботясь о теплоизоляции, строили гиганты-заводы без надлежащего учета экономии энергии и т.д.
Стало привычным и обыденным массовое потребление энергии: на жимая кнопку выключателя, мы получаем свет, звук, телевизионное изо бражение, тепло, холод и кондиционированный воздух, поворачивая кран, имеем холодную и горячую воду, не осознавая того, что на это рас ходуется много энергии. Достаточно представить, как трудно поднять всего лишь одно ведро воды хотя бы на второй этаж, не говоря о более вы соких. Нажимая кнопку и поворачивая кран, мы не задумываемся о дру гой стороне медали: затопленные большие площади полезных земель, за топленные села и даже города, громадные горы отходов, кислотные осад ки, загрязнение природной среды нефтью и отходами нефтяной и газовой промышленности, аэрозоли в атмосфере, углекислый газ и смог, радиоак тивные отходы и т.п.
Описание подобной картины последствий производства и потребле ния энергии можно было бы продолжить. Но и без того понятно: сберегая энергию, мы сохраняем природную среду нашего обитания. Несомненно, бережное, рачительное отношение к энергии касается не только семейно го бюджета — оно непосредственно связано с дальнейшим развитием ци вилизации. Такое отношение должно прививаться каждому человеку еще в раннем возрасте. Им должны руководствоваться не только профессио налы-экологи и энергетики, а буквально все люди вне зависимости от профессии и занятий.
Проблемы производства энергии и ее сбережения не новы: ими зани мались всегда и в первую очередь, конечно, ученые. Однако только срав нительно недавно начиная с 1974 г. на государственном уровне начали осознавать, что эпоха дешевой энергии завершается. Напомним, что в 1974 г. после введения арабскими странами эмбарго на продажу важней шего энергоносителя — нефти — последовало шестикратное увеличе ние цен на нее. Может показаться, что такое повышение цены имеет по литическую окраску, с чем нельзя не согласиться. Но в данном случае за политикой кроется реальная экономика: США, многие страны Западной Европы и Японии потребляют гораздо больше энергии, чем получают из собственных источников, и сокращение поставки энергоносителей по влекло бы остановку многих крупных промышленных предприятий.
Приведенный пример нельзя рассматривать как глобальный энерге тический кризис. Это всего лишь результат географического и политиче ского раздела сфер влияния производителей энергоносителей и их потре бителей. Однако этот пример заставляет не только задуматься над про блемами экономного производства и потребления энергии, но и искать новые способы ее получения, которые приносили бы минимальный ущерб окружающей среде. Только при рациональном применении иско паемых энергоносителей (нефти, газа, угля) и разумном их сочетании с нетрадиционными источниками (источниками энергии приливов ветра, Солнца, геотермального тепла и других) можно надолго сохранить хруп кое равновесие в природе — среде нашего обитания.
Сложная проблема производства энергии и сохранения окружающей среды волнует всех людей и в первую очередь специалистов и ученых, предлагающих разнообразные способы ее решения. Один из весьма ори гинальных способов предложили ученые США. В штате Нью-Йорк орга низована экспериментальная ферма для выращивания гибридной ивы, древесина которой может служить топливом для электростанций. Гиб ридная ива не похожа ни на одну из природных ее разновидностей. Это плотный куст с гибкими ветками, длина которых за год увеличивается почти на 3,5 м. Большая скорость роста — основная особенность гибри да. За год ивовый лес производит в 5—10 раз больше древесины, чем лю бой другой лес. Собирать урожай прутьев можно каждые три года на про тяжении 20 лет. Для сжигания ветки рубят на куски длиной 5 см. Хотя та кое топливо обходится не дешевле угля (с учетом того, что на ТЭЦ прихо дится заменять угольные топки новыми, специально сконструирован ными), зато дым от ивовых дров гораздо менее токсичен. Он содержит меньше оксидов серы и азота. Кроме того, если при сжигании нефти, угля и газа выбрасывается в атмосферу углекислый газ, который был давно по хоронен в горных пластах и исключен из атмосферы, то сжигание дров высвобождает то количество углекислого газа, которое ивовые кусты по глотили из атмосферы за время их роста. Поэтому сжигание ивовых дров не повышает содержания углекислого газа в атмосфере и, следовательно, не вносит вклада в парниковый эффект. К этому следует добавить, что ивовый лес поставляет бесплатно кислород, необходимый для живых ор ганизмов. В Западной Европе такие леса уже занимают около 20 тыс. га. В США, например, имеется около 80 млн. га брошенных земель, где можно развернуть энергетическое лесоводство с посадкой гибридной ивы.
Предлагаются и другие оригинальные способы производства энер гии, способствующие сохранению среды нашего обитания. Однако лю бой способ в той или иной мере сопряжен со вторжением в природу. По этому важно не только произвести с минимальным ущербом для природы энергию, но и рационально ее потреблять. Только в этом случае, произво дя и потребляя энергию, мы проявим не на словах, а на деле бережное от ношение к окружающей среде.
Слова «радиоактивное излучение», «радиоактивность» и «облуче ние» вошли в жизнь послевоенных поколений XX в. и до наших дней не разрывно связаны с первым и, увы! кошмарным применением внутри ядерной энергии — атомными бомбардировками Хиросимы и Нагасаки.
Взрыв одного из четырех блоков Чернобыльской АЭС в ночь на 26 ап реля 1986 г. не разрушил ни одного жилого дома и даже не остановил ра боту самой АЭС. Но через 10 лет после этой аварии опустошенные эва куацией города и деревни прилегающих к Чернобылю районов Украины и Ьелоруссии по-прежнему остаются пустыми. Жить на этой территории превышающей 1000 км 2 и сильно загрязненной радионуклидами будет нельзя еще долгое время. Здесь будут работать лишь экологи и генетики изучая влияние разных уровней радиации на растения и животных. По подсчетам экспертов, «цена» чернобыльской аварии за 10 лет составила около 200 млрд. долл. Но это лишь расходы и потери первого десятиле тия. Прямой эффект чернобыльской аварии крайне тяжелый. Десятки лю дей погибли от острой лучевой болезни. Многие жители были переоблу чены и их здоровью нанесен существенный ущерб.
В России, на Украине, в Восточной и Западной Европе, в США в по слеаварийный период Чернобыльской АЭС не было начато строительст во ни одной АЭС. Продолжали только достраивать реакторы, которые были уже близки к завершению. Естественно, что их проекты корректи ровались. Армения, лишенная всех источников органического топлива, решила реактивировать Армянскую АЭС, закрытую после землетрясения в 1988 г. Введение в декабре 1995 г. одного из блоков в эксплуатацию от мечалось как национальный праздник.
В нашем лексиконе появились термины «острая лучевая болезнь», «отдаленные последствия облучения», тревожно звучащее слово «радиа ция». Раньше они применялись преимущественно в узком кругу специа листов, занимающихся разработкой способов использования атомной энергии в первую очередь для мирных целей. Вряд ли найдется человек, который не слышал бы об успешном применении облучения в терапии опухолей, при стерилизации продуктов питания и медицинских препара тов, для предпосевной стимуляции семян и в других отраслях человече ской деятельности, вплоть до криминалистики и искусствоведения.
И все-таки у многих, если не у большинства, при слове «радиация»
Незнание количественных критериев радиационной опасности, а также неумелое применение средств защиты привели к ряду ошибочных дейст вий. По этой же причине серьезными ошибками пестрят многочисленные послеаварийные сообщения.
Один из важных уроков аварии в Чернобыле состоит в том, что изуче ние основ дозиметрии ионизирующих излучений и радиационной биоло гии — неотъемлемый элемент современной цивилизации и культуры.
Нам известны многие виды излучений, которые могут взаимодействовать с облучаемой средой, не обязательно вызывая ионизирующее действие.
Одно из них всем хорошо знакомо — вспомним последствия длительно го пребывания летом на ярком солнце. Ожог (иногда второй степе ни!) — следствие переоблучения кожи в результате воздействия инфра красного излучения на клетки эпидермиса (верхнего слоя кожи), тогда как загар — воздействие более глубоко проникающего ультрафиолетово го излучения на пигмент в составе подкожной клетчатки.
Отмеченное в последние годы ослабление слуха у подростков — следствие акустического переоблучения различного рода аудиотехникой на дискотеках и в концертных залах. Причина выявленной в годы Второй мировой войны анемии у операторов мощных радиолокаторов — воздей ствие чрезвычайно больших доз сверхвысокочастотного электромагнит ного излучения. Одна из существующих в современной биофизике гипо тез связывает акселерацию людей в послевоенные годы с переоблучени ем населения Земли вездесущими радиоволнами.
Остановимся на этих примерах и попытаемся уточнить опасные, безопасные и допустимые уровни воздействия радиации на живые орга низмы и степень опасности облучения человека.
Воздействие излучения на организм. Во всех случаях воздействия ионизирующих излучений на живую ткань в основе первичных измене ний, возникающих в клетках организма, лежит передача энергии в ре зультате процессов ионизации и возбуждения атомов ткани. Анализ не счастных случаев позволил установить численное значение смертельной дозы гамма-излучения. Она оказалась равной 600 ± 100 Р. Дозиметриче ские и радиобиологические исследования показали, что ни в одном из из вестных случаев вредные последствия облучения не проявились при до зах менее 100 Р кратковременного, т. е. «острого», облучения и менее 1000 Р облучения, растянутого на десятки лет.
Каковы же опасные и безопасные дозы облучения? При дозах облуче ния не более 25 бэр никаких изменений в органах и тканях организма че ловека не наблюдается. Незначительные кратковременные изменения со става крови возникают только при дозе облучения 50 бэр.
При дозах облучения, вызывающих глубокие поражения или даже ги бель организма (например, единовременно 600 рад для человека), относи тельное количество образующихся ионов очень невелико. Такой дозе со 15 ответствует примерно 10 ионов/см ткани, что в пересчете на иониза цию молекул воды составляет всего лишь одну ионизированную молеку лу воды на 10 млн. Таким образом, непосредственная прямая ионизация (без учета вторичных эффектов) не может объяснить повреждающего действия излучения. Тепловой эффект при воздействии радиации чрезвы чайно мал: при облучении человека массой 70 кг дозе 600 рад соответст вует выделение 60 калорий, что равносильно приему внутрь одной ложки теплой воды. Следовательно, биологическое действие ионизирующего излучения нельзя сводить к повышению температуры, как, например, при взаимодействии живой ткани с УКВ- и СВЧ-волнами.
Если при вдыхании, заглатывании, а также через повреждения кожно го покрова источник излучения попадает внутрь организма, то возникает внутреннее облучение, во много раз более опасное, чем внешнее, при од них и тех же количествах радионуклидов.
Патологическое действие облучения на организм в значительной мере зависит от места локализации радиоактивного вещества. Например, главная опасность радия заключается в том, что он откладывается в кос тях и излучает альфа-частицы. Вызывая очень сильную ионизацию, аль фа-частицы повреждают как кость, так и особенно чувствительные к из лучению клетки кроветворных тканей, вызывая тяжелые заболевания крови и образование злокачественных опухолей. Пыль, содержащая ра диоактивные частицы, приводит к образованию радиоактивных отложе ний в легких и способствует развитию рака. Средний период развития рака, по результатам обследований рудокопов, получивших дозу не ме нее 1000 бэр, в этом случае составляет около 17 лет.
Из всех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опас но вдыхание загрязненного воздуха. Во-первых, потому, что через легкие человека, занятого работой средней тяжести, за рабочий день проходит большое количество воздуха (около 20 м 3 ), во-вторых, радиоактивное ве щество, поступающее таким путем в организм человека, более эффектив но на него воздействует.
Защита от облучения. При одном и том же потоке излучения, актив ности или концентрации радионуклидов защита населения на местности должна быть на порядок более эффективной, чем персонала на производ стве. Возможны три способа защиты от облучения — защита временем, защита расстоянием и защита экранированием.
Первый способ — защита временем — это ограничение продолжи тельности пребывания в поле излучения. Чем меньше время пребывания в поле излучения, тем меньше полученная доза облучения. В результате предварительной радиационной разведки дозиметристы уточняют карто грамму гамма-поля на зараженной местности и определяют допустимое время пребывания в данной точке.
Второй способ защиты от радиоактивного и прежде всего гамма-из лучения столь же прост и нагляден — защита расстоянием. Общеизве стно, что излучение точечного, или локализованного, источника распро страняется во все стороны равномерно, т. е. является изотропным. Отсю да следует, что интенсивность излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника по закону обратных квадратов. Следовательно, при увеличении расстояния до источника в 2 раза интенсивность умень шается в 4 раза и т.д.
Третий способ — защита экранированием или поглощением — осно ван на использовании процессов взаимодействия фотонов с веществом.
Защитные свойства вещества определяются коэффициентом ослабления излучения для узкого пучка гамма-излучения. Обычно указывают основ ной параметр защищающего вещества — его слой половинного или деся тикратного ослабления. Для ориентировки полезно помнить, что слой по ловинного ослабления фотонов с энергией 1 МэВ составляет 1,3 см свин ца или 13 см бетона. Защитная способность других веществ в значитель ной степени определяется их плотностью.
Жизненно необходимая радиация. Стремление разделять все воз действия на организм на вредные и полезные — всего лишь некая услов ность. Ведь всем известно, как вредна, например, передозировка лекарств или даже витаминов и как необходимы бывают организму микродозы яда, например змеиного. Столкнувшись с радиоактивным излучением в больших дозах, человек убедился в его губительном действии на все жи вое. Хотя не до конца изучены его последствия, но уже распространилось мнение: радиоактивное излучение вредно всегда.
В середине XX в. обнаружен природный радиационный фон, в кото ром в течение длительного времени развивалась жизнь на нашей планете.
Специалисты предложили принять его уровень за нижний предел опас ной радиации. Эксперименты показали, что большие и малые дозы радио активного излучения действуют на организм принципиально по-разному.
Первые поражают множество клеток и сильно ослабляют организм, тогда как вторые губят только отдельные клетки, а остальным дают стимул для их последующего развития.
В молекулах клеток (в ДНК, РНК, белках) при воздействии радиоак тивного излучения происходят одновременно два процесса — ионизация и возбуждение. Именно ионизация вызывает сильное поражение живых организмов. Процессом возбуждения до недавних пор пренебрегали, счи тая его побочным, вторичным, тогда как на самом деле он важен. Вызван ное малыми дозами радиоактивного излучения (на уровне природного фона) возбуждение атомов способствует развитию клеток и всего орга низма в целом. Оно способствует продлению срока жизни организма, усиливает его иммунитет, повышает всхожесть семян, увеличивает рост растений и т.д.
Положительный эффект малых доз радиации подтвержден многими экспериментами на растениях и животных — от насекомых до млекопи тающих. И ничего в этом удивительного нет, поскольку жизнь на Земле возникла, развивалась и существует ныне в условиях естественного ра диационного фона. Чрезмерное его повышение наносит немалый вред всему живому, и стремление снизить фон до нуля кажется вполне естественным. Однако проведенные в последнее время опыты с расте ниями и животными показали, что изоляция организма от радиационно го фона вызывает в нем замедление фундаментальных жизненных про цессов.
Земная колыбель человечества всегда была радиоактивной, и биоло гические объекты, развиваясь в поле ионизирующих излучений, не могли к этому не приспособиться. Весьма показательны опыты радиобиологов по выращиванию растений внутри камер, изготовленных из материалов, не содержащих естественных радионуклидов. В таких камерах побеги по являются позже, развитие растений замедляется, а урожай существенно ниже, чем в условиях естественного радиационного фона. Все это означа ет, что естественный радиационный фон является жизненно важным и не обходимым для развития живых организмов.
10.9. ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Нарушение естественного состояния окружающей среды, ведущее к деградации всего живого и представляющее угрозу здоровью человека — явление не новое: оно прослеживается с древнейших времен и стало за метно проявляться на самой начальной стадии урбанизации — с появле нием небольших городов. Население земного шара постоянно растет, продолжается стремительный рост городов, появляются города-гиган ты — мегаполисы. Потребление различных материальных ресурсов, то варов и энергии на душу населения непрерывно увеличивается. Рост на селения, урбанизация, массовое производство промышленной и сельско хозяйственной продукции неизбежно ведут к активному вторжению че ловека в окружающую среду. Поэтому защита окружающей среды в настоящее время является чрезвычайно важной задачей. Уже сейчас не которые граждане разных стран вне зависимости от их профессиональ ной деятельности и политических воззрений заявляют о готовности поку пать дорогие, но экологически чистые продукты, платить высокие подо ходные налоги ради оздоровления среды обитания.
Вне всяких сомнений, защита окружающей среды должна быть осно вана на естественно-научных, профессиональных знаниях, позволяющих определить:
— потенциально опасные вещества, содержащиеся в воздухе, воде, почве и пище;
— причину их появления;
— способы полной или частичной защиты окружающей среды;
— степень опасности при длительном воздействии вредных веществ на живые организмы.
Успешное решение этой сложной задачи возможно только с примене нием чувствительных приборов и современных методов определения концентрации опасных веществ. Для выявления источников загрязнения и их анализа необходима совместная работа химиков-аналитиков, метео рологов, океанографов, вулканологов, климатологов, биологов и гидро логов. Задача их заключается не только в выявлении вредных веществ, но и в разработке способов предотвращения их появления и утилизации.
Вопрос о допустимой длительности воздействия вредных веществ на живой организм решают медики и другие специалисты. Они собирают информацию и готовят данные о степени риска, обусловленного наличи ем токсичных веществ, например свинца в воздухе, хлороформа в питье вой воде, радиоактивного стронция в молоке, бензола в атмосфере произ водственных помещений и формальдегида в жилых домах и т. п. При этом важна объективная оценка риска и издержек, связанных с наличием опасных веществ. Любое решение, в том числе и политическое, тех или иных вопросов сохранения окружающей среды должно основываться на квалифицированной, объективной и всесторонней естественно-научной экспертизе.
Иногда некоторые средства массовой информации, общественные организации и представители власти ставят, к сожалению, знак равенства между обнаруженным вредным веществом и реальной его опасностью.