Основные пути миграции и накопления в биосфере токсичных и радиоактивных веществ

Загрязнение среды — сложный процесс накопления вред­ных веществ, связанный с деятельностью человека. Биосфе­ра едина — реки пересекают границы государств с различ­ными социальными системами, леса оказывают влияние на территории, выходящие за пределы государственных гра­ниц, атмосфера их не знает совсем, поэтому вредные веще­ства распространяются по всей планете.

Пищевые цепи представляют собой одну из форм взаимо­связи между различными организмами, каждый из которых питается другим видом. В биосфере происходит непрерыв­ный процесс превращения веществ в последовательности "жертва — хищник". Пример водной пищевой цепи: раство­ренные вещества — фитопланктон — рачки — рыбы — хищ­ные рыбы — теплокровные животные, питающиеся рыбой.

В случае потребления чужеродных веществ, которые не усваиваются или не выводятся из организма, происходит их накопление по ходу пищевой цепи. Именно таким образом происходит накопление токсичных веществ, при котором первичные звенья пищевой цепи получают лишь незначи-148 тельные количества токсиканта, а конечные звенья уже от­равляются.

Для построения своего тела особи используют только часть потребляемой пищи, а остальное расходуется в энергетичес­ком обмене. Однако неразлагающиеся ядовитые вещества не используются в энергетическом обмене и большей частью накапливаются в организме, особенно в том случае, если данное вещество имеет длительный период биологического полураспада. Коэффициент накопления неразлагающихся ядов, особенно биоцидов, в большинстве случаев составля­ет около 10 на каждую ступень пищевой цепи.

Таким образом, рыбы могут содержать во много тысяч раз больше инсектицидов, чем окружающая их водная сре­да. Накопление ядов в пищевых цепях нередко усиливается тем, что особи, несущие в себе яд, легче становятся добы­чей хищников, чем все остальные (из-за замедленной реак­ции, ограниченной подвижности под действием яда). В даль­нейшем ядовитые вещества от хищных рыб переходят к ла­стоногим, к птицам, питающимся рыбой, и к человеку.

Например, в озере Мичиган было обнаружено следую­щее накопление ДДТ в пищевых цепях:

· 0,014 мг/г в донном иле озера;

· 0,41 мг/кг в ракообразных, питающихся на дне;

· 3—6 мг/кг в различных рыбах;

· >2400 мг/кг в жировой ткани чаек, питающихся рыбой. Пестициды, поступившие в стоячий водоем, включаясь в пищевую цепь, совершают круговорот, отравляя экосистему водоема (рис. 21).

Рис. 21. Схема круговорота пестицидов в стоячем водоеме

К загрязняющим атмосферу веществам относятся радио­активные вещества. Источниками радиоактивного загрязне­ния внешней среды являются взрывы при испытаниях атом­ных и водородных бомб, атомные электростанции. Радиоактив­ные продукты в стратосфере могут находиться от 3 до 9 лет, а в нижележащих слоях атмосферы — до трех месяцев. Ос­новное количество радиоактивных веществ поступает из ат­мосферы на землю с атмосферными осадками. Далее радиоактивные вещества транспортируются водными течениями, подвижными организмами, особенно рыбами и птицами, ко­торые способны поглощать из среды радиоизотопы и избира­тельно концентрировать их в своих органах, тканях, клет­ках, что приводит к внутреннему облучению (рис. 22).

Рис. 22. Схема миграции радиоактивных веществ (стрелками показано направление миграции)

Чернобыльская авария 26 апреля 1986 г. накрыла радио­активными тучами значительную часть территории на стыке границ Белоруссии, Украины и России. Население Европы, включая Европейскую часть бывшего СССР, в первый год после катастрофы получило дополнительную дозу облуче­ния, составлявшую в среднем менее 1/3 природной годовой лучевой нагрузки, не сравнимую с дозой в самом районе бед­ствия. Аварии или происшествия на грани аварии имели мес­то на атомных станциях ФРГ, США, Великобритании.

Распространение атмосферных токсикантов определя­ется горизонтальным и вертикальным движением воздушных течений и потоков. Концентрация атмосферных токсикантов в значительной мере зависит от температуры воздуха, нали­чия облачности, тумана, осадков и других факторов, влияю­щих на скорость перемещения слоев воздуха. Дальность рас­пространения зависит от времени существования того или другого загрязнителя в воздухе и метеорологических усло­вий, скорости и направлении потоков в атмосфере.

Радиоактивность тоже может стать компонентом пи­щевых цепей: атмосфера - ветер - дождь - почва - растение - животное - человек. Важнейшим по степени опасности для человека являются следующие изотопы: ири-дий-131 — для щитовидной железы; стронций-89 и строн-ций-90 — для костей; цезий-137 — для мышц.

Например, радиоактивный цезий был обнаружен в орга­низме лапландцев и эскимосов в количестве, в 10—100 раз превышающем его содержание у обитателей умеренных широт. Дело в том, что цезий после выпадения из атмосфе­ры концентрируется в лишайниках; северные олени карибу питаются главным образом лишайниками, а эскимосы и ло­пари употребляют мясо этих животных в пищу.

Когда в 1975 г. в результате неисправности трубопрово­дов на заводе по регенерации ядерного топлива "Уинд-скейл" в Англии в море попало большое количество це-зия-137, содержание радиоактивного цезия в промысло­вых рыбах поднялось до 40,6 нКи (нанокюри) на 1 кг. Годо­вая радиоактивная нагрузка в пище человека не должна превышать 700 нКи.

В конце 1989 г. в СССР было опубликовано сообщение комиссии, которая занималась последствиями проводивших­ся в свое время испытаний атомной бомбы на Чукотке (50— 60 гг. XX в.). Чукчи также живут за счет оленей, которые питаются лишайниками, аккумулирующими радиоактив­ность. Плохое состояние здоровья чукчей объясняют про­изошедшим тогда радиоактивным загрязнением: почти 100% больны туберкулезом, 90% хроническими легочными забо­леваниями, значительно повышена заболеваемость раком. Например, смертность от рака пищевода на Чукотке самая высокая в мире, частота рака печени в 10 раз выше, чем в среднем по стране. Средняя продолжительность жизни чук­чей составляет 45 лет, смертность среди новорожденных достигает 7—10%.

Минздрав России определил предельно допустимый уро­вень облучения для населения на всю жизнь 35 бэр при про­должительности жизни 70 лет (0,5 бэр * 70 лет = 35 бэр) Шкала доз облучения человека приведена на рис23

Рис. 23. Шкала доз облучения человека

Радиационный фон в средней полосе России с учетом ес­тественной радиации составляет 10—20 мкР/ч (микрорент­ген в час) (мощность излучения цветного телевизора — 30— 40 мкР/ч, в салоне самолета на высоте 10 км — 400 мкР/ч). Снижение уровня радиации в зависимости от типа дома по­казано на рис. 24.

Рис. 24. Снижение уровня радиации в зависимости от типа дома

 

3.6. "Зеленая революция" и ее последствия

"Зеленая революция" представляет собой одну из форм проявления НТР (научно-технической революции), т. е. ин­тенсивное развитие сельского хозяйства путем:

· технизации сельского хозяйства (использование машин и техники);

· применения искусственно выведенных сортов растений и животных;

· химизации (использование удобрений и ядохимикатов);

· мелиорации (расширение орошаемых земель). "Зеленая революция" — это преобразование сельского хозяйства на основе современной агротехники и селекции, это период кардинальной смены подходов к выращиванию растений и животных.

Различают две "зеленые революции". Первая произошла в 60—70-е гг. XX в., ее инициатором был крупный мексикан­ский селекционер Норман Берлоуг. Он вывел сорт пшеницы "Мексикале", которая давала урожай в 3 раза выше, чем старые сорта. Вслед за Н. Берлоугом и другие селекционеры начали выводить высокоурожайные сорта кукурузы, сои, хлопка, риса. Появились высокопродуктивные животные, для поддержания здоровья которых нужны были не только обиль­ные корма, но и витамины, антибиотики, а для быстрого наращивания массы — стимуляторы роста.

В результате этой революции урожайность зерновых куль­тур возросла в 2—3 раза и вдвое увеличился ассортимент продукции. Более половины пищевых продуктов, которые производятся сейчас, до 1950 г. не производились. Некото­рые из развивающихся стран, например Индия, стали удов­летворять свои потребности в зерне путем собственного про­изводства.

Несмотря на то что "зеленая революция" позволила удов­летворить потребности растущего населения планеты в пище, она вызвала ряд отрицательных последствий: деградацию почв, снижение качества сельскохозяйственной продукции и т. д.

С середины 80-х гг. XX в. ученые заговорили о второй "зеленой революции", которая должна произойти, если сель­ское хозяйство пойдет по пути снижения вложений антро­погенной энергии. В ее основе — адаптивный подход, т. е. сельскому хозяйству нужно переориентироваться на более экологичные технологии возделывания сельскохозяйственных культур и разведения сельскохозяйственных животных.

Селекционеры переключились с выведения сортов-"рекордсменов" на селекцию сортов-"тружеников", которые могут давать достаточно высокий (хотя и не рекордный) урожай в неблагоприятных условиях произрастания и при невысоких дозах удобрений, устойчивые к воздействию болезней, вре­дителей и сорняков. Для этого широко используются мест­ные популяции культурных растений. При развитии ското­водства будет расширено использование растительности на землях, которые не могут быть распаханы, — склоны, ов­раги, маломощные почвы.

Одним из направлений второй "зеленой революции" явля­ется применение методов "экологически чистой" борьбы с последствиями антропогенного вмешательства в экосистемы.

Например, после тотальной вырубки лесов происходит грубое нарушение местного биоценоза, экосистемы. Во влаж­ных зонах происходит застой влаги, заболачивание почв. Та­кая вода может стать источником вредных насекомых — кро­вососов и переносчиков болезней. Появляются и бурно раз­множаются животные и растения, не присущие данной местности, вредные для человека и местных видов флоры и фауны. Между тем известно, что некоторые рыбы являются истребителями живущих в воде личинок вредных насекомых, таких как личинки комаров, мошек и др.

Широкую известность, например, получила рыба гамбу­зия (Gambusia), разводимая в водоемах для борьбы с личин­ками малярийных комаров. Важную роль в истреблении вред­ных насекомых играют насекомоядные птицы, особенно пред­ставители отряда воробьиных (Passeriformes): скворцы, ласточки, синицы, мухоловки, трясогузки и многие другие.

Так, розовый скворец (Pastor roseus) истребляет саранчовых в их очагах. В настоящее время установлено, что розовый скворец может полностью уничтожить разрозненные скоп­ления саранчи, в частности остаточные группы после прове­дения химической борьбы; следовательно, его деятельность усиливает эффект химической борьбы с саранчой.

Таким образом, основные тенденции второй "зеленой ре­волюции" — это оказание минимального воздействия на ок­ружающую природную среду, снижение вложений антропо­генной энергии, использование биологических методов борь­бы с вредителями растений.

Основной целью "зеленой революции" было увеличение производства сельскохозяйственной продукции. Но активное вмешательство человека в жизнедеятельность природных экосистем и создание агроэкосистем привело к ряду нега­тивных последствий.

Агроэкосистема (агроценоз) — это искусственная эко­система (биогеоценоз), основные функции (прежде всего продуктивность) которой поддерживаются системой агрохи­мических мероприятий (вспашка, внесение удобрений, ядо­химикатов и т. д.). Без поддержки человека агроэкосистема быстро распадается, возвращается к естественному состоя­нию.

Рассмотрим отрицательные последствия "зеленой рево­люции" и их основные причины (табл. 4).

Таблица 4

Отрицательные последствия "зеленой революции" и ее причины

Последствия	Последствия
Деградация почв	Технизация, химизация, мелиорация
Загрязнения биосферы ядохимикатами	Химизация
Нарушение природного равновесия экосистемы	Искусственное выведение сортов рас­тений и животных

 

Деградация почв. Деградацией называется постепенное ухудшение свойств почвы, вызванное изменением условий почвообразования в результате естественных причин (напри­мер, наступления лесов или сухой степи на черноземы) или хозяйственной деятельности человека (неправильная агротех­ника, загрязнение и т. д.) и сопровождающееся уменьшением содержания гумуса, разрушением почвенной структуры и снижением плодородия.

Главный ресурс агроэкосистемы — почва. Это поверхнос­тный плодородный слой земной коры, созданный под сово­купным влиянием внешних условий: тепла, воды, воздуха, растительных и животных организмов, особенно микроорга­низмов. К факторам почвообразования относятся также ре­льеф и деятельность человека. Живые организмы способству­ют развитию основного свойства почвы — плодородия.

Плодородием называют способность почвы обеспечивать растения необходимым количеством питательных элементов, воды и воздуха. Плодородие зависит от запаса органических веществ — гумуса, содержания доступных растениям пита­тельных элементов, обеспеченности влагой. В результате применения минеральных удобрений активизируются мик­роорганизмы, разрушающие гумус, т. е. плодородие почв снижается.

Пагубное влияние на почву оказывает также мелиора­ция, так как происходит засоление и заболачивание земель, нарушается водный баланс.

От агротехники обработки земли зависит степень разру­шения верхнего плодородного слоя почвы и эрозии. Даже при правильных севооборотах поля теряют 20 см почвы за 100 лет, а при возделывании монокультуры кукурузы — все­го за 15 лет! Скорость разрушения почвенного покрова на­много превышает скорость почвообразования. За последнее столетие на нашей планете эрозии подверглось около 2 млрд га поверхности суши. Это 27% всех обрабатываемых земель.

Почвенная эрозия приобрела всеобщий характер. В Рос­сии площади самых плодородных земель с содержанием гу­муса 10—13% сократились почти в 5 раз. По некоторым дан­ным, около 2/3 всей пашни нашей страны находится в районах современных водно-эрозионных процессов. В США — 44% обрабатываемых земель подвержено эрозии. Она осо­бенно велика в самых больших и густонаселенных странах. Река Хуанхэ в Китае ежегодно сносит в мировой океан око­ло 2 млрд т почвы.

Результатом деградации земель являются также и побоч­ные явления: нарушение природного равновесия. Основные физические свойства почвы — режим влажности, темпера­туры и аэрации — зависят от механического состава, струк­туры и плотности почвы. Этим же в значительной степени определяется состав почвообитающих животных и передви­гающихся по почве видов. Плотные целинные и залежные земли заселяют, например, июньский хрущ, марокканская саранча и др. При распахивании почв такие виды исчезают. Распаханные почвы оказываются благоприятными для дру­гих животных, например жуков-щелкунов (проволочников), жуков-чернотелок и др. Таким образом, человек, изменяя малую долю окружающей среды, вызывает изменения в круп­ных экосистемах.

Мощным противоэрозионным фактором является расти­тельный покров. Он создает шероховатость поверхности по­чвы, растения надежно скрепляют ее корнями, защищают наземными частями от разрушения стоком воды и дождевы­ми каплями.

Проводя ирригационные или мелиоративные мероприя­тия для своих хозяйственных нужд, человек вторгается в местные биоценозы и вызывает гибель аборигенных или бур­ное развитие чуждых представителей животного мира, ко­торые негативно влияют на деятельность и здоровье людей.

Загрязнение биосферы ядохимикатами. За последние 50 лет применение минеральных удобрений возросло в 43 раза, пестицидов в 10 раз, что привело к загрязнению отдельных компонентов биосферы: почвы, воды, растительного покро­ва. Из-за этого загрязнения обедняется живое население почвы — снижается численность почвенных животных, во­дорослей, микроорганизмов. Кроме того, воздействия этого загрязнения могут быть косвенными.

Так, на фотосинтетическую продуктивность растений и состояние отдельных экосистем непосредственно влияют промышленные выбросы в атмосферу. Сточные воды резко меняют продуктивность водных экосистем.

Судьба животных, темпы их размножения и биологическая продуктивность в экосистемах также тесно связаны с человеческой деятель­ностью.

Примером может служить проблема пестицидов (ядохи­микатов). С одной стороны, они спасают урожай, защищают сады, поля и леса от вредителей и болезней, уничтожают сорную растительность, освобождают человека от кровососу­щих насекомых и переносчиков опаснейших болезней, с дру­гой — разрушают естественные экосистемы, являются при­чиной гибели многих полезных организмов, отрицательно влияют на здоровье людей.

Ярким примером косвенного влияния на человека загрязне­ний окружающей среды служит известная история с ДДТ — дихлордифенилтрихлорметилметаном (в просторечии — дуст). Впервые ДДТ был успешно применен для борьбы с перенос­чиками малярии и сыпного тифа в Италии в конце Второй мировой войны. Затем его стали применять в качестве сред­ства борьбы с вредителями растений.

Так, за 25 лет применения на Земле было рассеяно око­ло 1,5 млн т ДДТ (его препараты считались безвредными для человека и теплокровных животных). Однако впоследствии было обнаружено, что он накапливается в пищевых цепях и в организме человека. Например, в США ДДТ был обнару­жен в молоке кормящих матерей, во многих странах у лю­дей обнаружены его отложения в жировых тканях. Теперь ДДТ снят с производства во всем мире, но в настоящее вре­мя еще сохранилось 2/3 рассеянного вещества.

Препараты ДДТ почти не разлагаются, происходит их медленное накопление в организмах животных и растений, в почве и водных экосистемах. Накапливаясь в большом ко­личестве, они приобретают высокую токсичность, отрицатель­но действуя на людей и животных Особенно большое влия­ние ДДТ и другие пестициды оказывают на полезных насе­комых и птиц. Выявлена связь между нарушением воспроиз­водства птиц под влиянием хлорорганических пестицидов (в том числе ДДТ) и развитием яиц с ненормально тонкой скор­лупой (они раздавливаются птицами при насиживании). Име­ется ряд сообщений об атрофии половых желез животных под влиянием пестицидов. Наблюдалась массовая гибель птиц (например, дроздов) при питании дождевыми червями и на­секомыми, в теле которых содержался ДДТ.

Нарушение природного равновесия экосистем. На Земле практически не осталось экосистем, не подвергающих в той или иной мере влиянию человека. Человек вынужден прони­кать в них и извлекать жизненно необходимые для него ком­поненты. Вместе с тем человек создал новые формы домаш­них животных и культурных растений (высокопродуктивных, морозостойких, засухоустойчивых).

Введением в культуру новых декоративных, лекарствен­ных и иных растений человек обогащает флору той или иной территории. Но наряду с культурными растениями он зано­сит и сорные. Некоторые из них быстро распространяются и находят новую родину в новых районах, внедряясь и грубо нарушая природное равновесие местных экосистем. В Крым из Франции еще во времена Севастопольской обороны был завезен сизый софлор, ставший обычным растением окрест­ностей Балаклавы, Севастополя, Алупки. В Париж в 1813 г. был занесен из России лопух, который распространился сей­час по всей Франции. Мексиканские опунции широко рас­пространились в Средиземноморских странах, Крыму, на Кавказе, в Австралии.

Пастьба животных длительное время на одном месте при­водит к изменению видового состава растений на лугу. Мас­совое развитие таких растений, как щучка или конский ща­вель, делает луг непригодным для пастбища. Пастьба скота, особенно неумеренная, приносит вред лесу. Этот вред выра­жается в следующем: объедании побегов древесных и кус­тарниковых пород; уничтожении леса (особенно молодого); превращении поврежденных деревцев в малоценные экземп­ляры карликового, причудливого, кустистого вида; загнива­нии ран на ветвях, стволах и корнях, а следовательно, посе­лении на них вредных насекомых; уничтожении ценных по­род и смене их малоценными; изменений характера леса.

Уничтожение леса ведет к эрозии почвы, далее — к за­болачиванию, появлению водной растительности и насеко­мых, соответствующих новому биогеоценозу. Максимальный вред наносят козы и овцы, меньшее влияние оказывает вы­пас крупного рогатого скота, а свиньи, например, приносят пользу, поедая часть опавших желудей дуба или орешков бука и разрыхляя при поисках их почву, способствуют во­зобновлению этих пород. В целом при пастьбе уничтожается травянистая растительность (пастьба — средство борьбы с задернением); уничтожаются личинки вредных насекомых (майского хруща, сосновой совки и др.); образуются скотоп­рогонные тропы, имеющие противопожарное значение.

Известно немало случаев, когда в некоторых районах Земли люди своей деятельностью поставили под угрозу соб­ственное здоровье и даже само существование. Недалекий пример конца XX в. — Арал. Первопричиной неудержимого наступления песков и барханов послужил антропогенный фактор.

При заменах большого разнообразия природных расти­тельных видов (т. е. биоценоза) на искусственно выведенные одновидовые сорта растений (так называемые монокульту­ры) снижается устойчивость растительных сообществ к бо­лезням и внешним неблагоприятным факторам. В результате бессменного возделывания одной культуры, несмотря на вно­симые удобрения и другие агротехнические приемы, проис­ходит снижение урожая. Причиной является накопление в почве специфических веществ, фитопатогенных микроорга­низмов или беспозвоночных животных, вредителей. Проис­ходит нарушение закона устойчивого развития экосистем: чем выше видовое разнообразие экосистемы, тем они устой­чивее.

Интенсивное применение техники приводит к уничтоже­нию природных местообитаний животных — так, с вырубкой эвкалиптовых лесов теряет пищевую базу сумчатый медведь коала (он питается исключительно листьями эвкалипта), что неизбежно приводит к его исчезновению как вида.

Распашка и освоение под сельскохозяйственные культу­ры целинных земель, вырубка и раскорчевка с этой целью леса, осушение болот, орошение засушливых степей и пус­тынь, пастьба скота и многие другие проявления хозяйствен­ной деятельности человека в сильнейшей степени изменяют состав флоры и фауны окружающей среды. Одни виды при этом полностью вытесняются и исчезают, другие, наоборот, получают наиболее благоприятные условия для жизни и раз­множения.

Все эти воздействия осуществляются широким фронтом и обычно затрагивают не отдельные виды организмов, а це­лые их комплексы вместе с окружающей средой — биоцено­зы, или экологические системы.

Мелиоративные мероприятия, т. е. расширение площади орошаемых земель, приводят к увеличению мест обитания ряда водолюбивых и нередко опасных насекомых — врагов человека и домашних животных (личинок комаров, мошек, мокрецов и др.). Так, в тропиках широко распространена бо­лезнь элефантиазис, или слоновость, проявляющаяся в виде громадных лимфатических опухолей на руках или ногах че­ловека. Возбудители болезни — кровососущие комары рода Aedes и Culex.

Двукрылые кровососущие являются переносчиками та­ких болезней человека и животных, как шистосоматоз, ма­лярия, энцефалит, желтая лихорадка.

Личинки плоских червей дигенетических сосальщиков Digenea паразитируют в личинках стрекоз; при поедании пос­ледних домашними и дикими птицами паразит попадает в тело птицы, вызывая заболевание простогонимоз.

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: