Экология/ 6. Экологический мониторинг

К.т.н. Лисьев В.Н.

Харьковский национальный автомобильно–дорожный университет, Украина

Мониторинг проблем загрязнения атмосферы

Двадцатый век – век технической революции можно охарактеризовать с разных сторон, в том числе невиданными ранее темпами урбанизации и численности населения. Но, это и век наибольших катаклизмов в истории человечества, как естественного характера так и антропогенного. Это век, когда экологические исследования перестали быть уделом ученых-одиночек и стали предметом внимания миллиардов людей, перешли из области теории в практическую плоскость, стали определять жизнь не только каждого человека Земли, но всей биоты Планеты. Столь бурное развитие Экологии, как теоретической, так и практической науки сопряжено с трудностью осмысления происходящих на Планете событий и явлений. Обозначим эти проблемы.

В средствах информации — всемирная истерия по поводу глобального потепления, озоновых дыр, парникового эффекта и связанных с этим «ужасов». В общественное сознание "вбиваются" следующие постулаты: деятельность человека привела к необратимому увеличению количества парникового углекислого газа (СО₂) в атмосфере; из-за этого началось глобальное потепление.

Не стоит отрицать влияния антропогенного воздействия на окружающую среду (ОС), однако, комплексные исследования таких факторов как солнечная активность, температурный режим океанов, уменьшение площади лесов и увеличение площади загрязнения поверхности морей и океанов нефтью, тектоническая деятельность и др., влияющих на климатические параметры Планеты, - по крайней мере, не подтверждают эти утверждения. Так, исследования, проведенные группой американских ученых под руководством профессора Ральфа фон Фрезе из университета штата Огайо, показали, что сокращение ледникового покрова Гренландии связано не только с изменениями климата. Стремительное таяние ледников Гренландии в значительной степени связано с тем, что их растапливает тепло недр Земли. А, по мнению руководителя лаборатории космических исследований Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН Хабибулло Абдусаматова, существующий уровень концентрации парниковых газов является не причиной глобального потепления, а естественным следствием изменения солнечной светимости. А по данным Ломборга, за период с 1957 по 2001 год промышленные выбросы СО₂ в атмосферу в объёме всей Планеты не только не увеличились, а сократились на 62%. Выброс оксидов серы снизился на 80%, по сравнению с 1982 годом, оксидов азота на 38%, начиная с 1975 года. Конечно, выбросы промышленных загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу продолжаются, но их оценка не столь однозначна, как это представляется в средствах массовой информации. По расчетам Ломборга, в современный период энергия используется весьма эффективно. Так, если в 1800 году в США экономический эффект от сжигания топлива, эквивалентного 30 млн. тонн угля, обеспечивал производство товаров и услуг на 19 млрд. долл., то сегодня это же количество топлива обеспечивает производство товаров и услуг уже на 90 млрд. долл.

Одним из направлений, разрекламированным как средство для уменьшения выбросов ЗВ в окружающую среду, явилась кампания по разработке, производству и внедрению в эксплуатацию всё более экономичных автомобилей. Так, в США, как и в других "автомобильных" странах мира, постоянно ужесточаются нормы расходования топлива. К примеру, по планам производителей и правительства в США легковой автомобиль должен расходовать один галлон бензина на 27,5 миль (1 галлон – примерно 3,8 л, а 1 амер. миля – прим. 1,6 км.). Парадоксально, но ужесточение норм экономии топлива становится причиной повышения его потребления - на экономичных автомобилях люди предпочитают ездить больше, сжигая, таким образом, больше бензина. Современные автомобили – на 50% экономичней машин, выпускавшихся в 1970-е годы. Однако, за это же время среднестатистический американец стал преодолевать на автомобиле вдвое большие расстояния; при этом также растет скорость движения автомобилей на дорогах. Несмотря на все меры, призванные ужесточить экономию потребления топлива автомобильным двигателем до 3 л на 100 км пробега, по прогнозу Министерства энергетики США, к 2020 году потребление энергии в США возрастет на 32%, при этом потребление нефти возрастет на 33%, что неизбежно приведет к увеличению выбросов ЗВ, в том числе и СО₂ в окружающую среду. При определении уровня загрязненности загрязняющими веществами, в том числе "парниковыми газами", атмосферы, необходимо учитывать также и время их жизни в этой среде. Так, диоксид серы существует в атмосфере до 5-ти часов, оксид углерода – до 8-ми часов, время нахождения мелких аэрозольных структур свинца в атмосфере составляет от одной до четырех недель, а диоксид углерода – до 4-х лет. Расчеты B.C. Николаевского показали, что в случае равномерного распространения годового суммарного выброса ЗВ (примерно 16 млрд.т.) во всей толще атмосферы (примерно 4*10⁹ км³) и при средней жизни большинства полютантов 5 дней, будет достигнута средняя концентрация этих веществ в атмосфере равная 0,054 мг/м³.

Но, так как большинство газов распространяется на высоты не более (1-2) км, то в таких расчетах объем атмосферы следует учитывать равным не 4*10⁹ км³, а примерно на порядок меньше (0,4*10⁹ км³). Тогда среднегодовая концентрация суммы полютантов составит 0,54 мг/м³, а антропогенных газов (ежегодный выброс примерно 2,98 млрд.т.) – около 0,1 мг/м³. Очевидно, что при таких концентрациях, утверждение о какой-то опасности антропогенного химического загрязнения атмосферы является или результатом слабой осведомленности, или фактором политического и (или) экономического давления на "развивающиеся" страны!

Но кроме факторов чисто химического загрязнения ОС, следует обратить внимание на тот факт, что к концу XX в. урбанизация охватила уже около 1% площади земного шара. Примерно половина мирового населения уже живет в городских агломерациях, а в промышленно развитых странах более 75% составляет городское население. В крупных городах деятельность человека приводит к необратимому изменению природной ОС: претерпевает изменение рельеф и гидрографическая сеть; естественная растительность сменяется урбанофитоценозами; становится азональным ряд климатических характеристик; формируется специфический тип городского микроклимата; за счет увеличения площадей застройки и искусственных покрытий уничтожается или сильно трансформируется почвенный покров и т.д. Так, в Москве, как одном из крупнейших мегаполисов мира, только 6% площади, занятой лесами и лесопарками, близки к природным экосистемам. На остальных землях формируются природно-городские экосистемы, или урбоэкосистемы, состоящие из фрагментов природных экосистем, окруженных домами, промышленными зонами, автодорогами. Урбоэкосистема характеризуется созданием новых типов искусственно созданных систем в результате деградации, уничтожения и (или) замещения природных систем. Урбоэкосистема обладает пониженной рекреационной ценностью, нарушением круговорота материи и энергии, сокращением биоразнообразия как по составу, так и по структуре. В сложной и взаимообусловленной системе "растения - промышленная среда" наблюдается не только воздействие растений на окружающую среду, но и неизбежное обратное влияние среды на растения. Загрязнение атмосферы отрицательно влияет на зеленые насаждения, приводя к нарушениям физиологических и биохимических процессов. Исследования показали, что зеленые растения более чувствительны к различным ЗВ, чем животные и человек. Так, допустимая максимальная разовая концентрация SO₂ для растений оказалось равной 0,02мг/м³ и это ниже, чем для животных и человека, для которых ПДК_м.р. = 0,05мг/м³. Более высокая чувствительность растений связана с большей скоростью проникновения газа и автотрофным характером их метаболизма. Однако, изменения природных экосистем в результате урбанизации и замена их урбоэкосистемами - никак не увязывается в систему антропогенного загрязнения ОС.

Вопрос об изменениях климата привлекал внимание многих исследователей, работы которых были посвящены главным образом сбору и изучению данных о климатических условиях различных эпох. Исследования этого направления содержат обширные материалы о климатах прошлого.

Меньше результатов было получено при изучении причин изменений климата, хотя эти причины уже давно интересовали специалистов, работающих в данной области. Из-за отсутствия точной теории климата и недостатка, необходимых для этой цели материалов специальных наблюдений при выяснении причин изменений климата возникли большие трудности, не преодоленные до последнего времени. Сейчас не существует общепринятого мнения о причинах изменений и колебаний климата, как для современной эпохи, так и для геологического прошлого.

Между тем вопрос о механизме изменений климата приобретает в настоящее время большое практическое значение, которое он еще недавно не имел. Установлено, что хозяйственная деятельность человека начала оказывать влияние глобальные климатические условия, причем это влияние быстро возрастает. Поэтому возникает необходимость в разработке методов прогноза изменений климата для того, чтобы предотвратить опасное для человека ухудшение природных условий.

Очевидно, что такие прогнозы нельзя обосновать только эмпирическими материалами об изменениях климата в прошлом. Эти материалы могут быть использованы для оценки климатических условий будущего путем экстраполяции наблюдаемых сейчас изменений климата. Но этот метод прогноза пригоден лишь для очень ограниченных интервалов времени из-за нестабильности факторов, влияющих на климат.

Для разработки надежного метода прогноза климата будущего в условиях возрастающего влияния хозяйственной деятельности человека на атмосферные процессы необходимо использование физической теории изменений климата. Между тем, имеющиеся численные модели метеорологического режима являются приближенными и их обоснования содержат существенные ограничения.

Очевидно, что эмпирические материалы об изменениях климата имеют очень большое значение, как для построения, так и для проверки приближенных теорий изменений климата. Аналогичное положение имеет место в изучении последствий воздействий на глобальный климат, осуществление которых, по-видимому, возможно в ближайшем будущем.

На основании проведенного выше краткого анализа проблем, можно констатировать, что:

1. Ученые, занимающиеся этой проблемой, высказывают прямо противоположные мнения, как по характеру и интенсивности антропогенного воздействия на ОС, так и по методам уменьшения этого воздействия.

2. Не существует единой комплексной оценки всех воздействующих на ОС факторов, что приводит к противоречивым выводам и, как следствие, к не обоснованным рекомендациям и законодательным инициативам (Киотский протокол) по уменьшению антропогенного воздействия.

3. Для принятия научно обоснованных решений по оптимизации антропогенного воздействия необходим глобальный комплексный мониторинг, включая палеомониторинг, всех факторов естественного и антропогенного воздействия на биосферу.