Введение
Человек всегда стремился жить в гармонии и согласии с окружающей его природой.
Право на жизнь в экологически чистой, здоровой и безопасной среде – одно из важнейших прав человека. Во всем мире и в первую очередь в экономически развитых странах в последние два десятилетия обострились проблемы, связанные с состоянием окружающей среды. Они приобрели экономическое, социальное и политическое звучание.
Одним из определяющих свойств общности людей служит здоровье и именно оно в первую очередь реагирует на изменение среды обитания человека. Это наиболее яркий и всеобъемлющий показатель условий жизни. Из сферы чисто медицинских исследований изучение здоровья населения «шагнуло» в экономику, социологию, географию, экологию человека и другие науки.
При рассмотрении проблем здоровья необходимо проводить четкую грань между здоровьем отдельного человека, или индивидуальным здоровьем, и здоровьем общественным, или популяционным здоровьем.
Практическую задачу экологии человека можно сформулировать следующим образом: сoздание на всей территории страны здоровой, экологически чистой, безопасной и социально комфортной среды обитания человека.
1. Происхождение и развитие атмосферы.
Знание истории атмосферы, как и вообще истории, необходимо для более глубокого понимания ее современных особенностей и правильного определения ее будущего.
Как полагают специалисты, впервые образовавшаяся Земля не имела атмосферы в современном ее понимании, хотя некоторые газы в каких-то количествах могли присутствовать. Формировалась атмосфера из зародившейся литосферы под воздействием на горные породы геохимических и геологических (вулканизм) процессов, а с возникновением жизни — и под влиянием растительных организмов. Роль животных в истории формирования атмосферы была ничтожной. С появлением людей началось антропогенное воздействие на атмосферу, сначала очень незначительное, а в ХХ веке — огромное, так что обнаружились ее глобальные изменения. Сейчас многие или почти все свойства воздуха определяются обществом, и поэтому встает вопрос об управлении развитием атмосферы во избежание катастрофических для общества последствий.
Возникнув, атмосфера стала оказывать существенное влияние на породившую ее литосферу разнообразными путями: через выветривание горных пород, разрушение их через колебания температуры, перенос воздушными потоками мелких частиц на значительные расстояния, окисление пород содержащимся в ней кислородом и т. д. Атмосфера определила и дальнейшее развитие появившейся гидросферы прежде всего через участие в круговороте воды на планете, создание через осадки массы временных и даже постоянных озерных водоемов, насыщение воды кислородом и другими газами, испарение массы воды, образование волнения и т. д.
Очень своеобразна роль атмосферы в эволюции живой природы. На первых этапах становления жизни она обусловила возможность существовании растений за счет углекислого газа и некоторого количества кислорода. В дальнейшем, когда проявилась космическая роль растительного покрова, в атмосфере в значительных количествах появился кислород, а концентрация углекислого газа стала поддерживаться ими ниже возможного уровня за счет связывания этого газа в процессе фотосинтеза. Вызванное растениями изменение состава воздуха (увеличение содержания кислорода) дало возможность развитию животного мира, для представителей которого кислород был жизненно необходимым для осуществления сложных процессов обмена веществ.
Атмосфера стала средой жизни всех наземных организмов, воздействующей на них через химический состав, плотность, давление, температуру, осадки, ветер и другие свойства, влияние которых на организмы изучено мало.
На фоне этой общей истории атмосферы проследим историю важнейших ее элементов — кислорода и углекислого газа. Как пишет М. И. Будыко (1977), вначале на Земле было очень мало кислорода, но с момента возникновения растений его количество стало непрерывно нарастать в течение длительного периода (рис. 1). В плиоцене его масса (и концентрация) была близка к современной (20,9 объемных процента). В периоды активной вулканической деятельности количество кислорода снижалось. В периоды особенно бурного развития растительного покрова, что отмечено в верхнем девоне, верхне-юрском и меловом периодах, количество кислорода возрастало. Начиная с мелового периода, идет непрерывное, хотя и медленное, уменьшение количества этого жизненно важного газа. В последнее столетие этот опасный процесс убыстряется в связи с увеличением массы сжигаемого топлива, уменьшением площади лесов и снижением интенсивности фотосинтеза водорослей в загрязненном Мировом океане. Как удалось вычислить М. И. Будыко, за последние сто лет количество кислорода уменьшилось на 0,02 процента. Это свидетельствует о том, что начался этап антропогенного уменьшения этого газа, что не может не вызвать тревоги за будущее людей и всей живой природы.
За всю историю нашёй планеты, как пишет М. И. Будыко, содержание углекислого газа колебалось в пределах 0,03—0,4% (объемные проценты). До мелового периода его количество изменялось в пределах от 0,1 до 0,4%, что в основном определялось вулканической деятельностью (выделение массы СО2). С середины мелового периода, когда началось затухание вулканической деятельности, содержание углекислого газа стало снижаться, в олигоцене этот процесс ускорился, а в плиоцене стал еще более быстрым. К окончанию плиоцена содержание СО2 достигло около 0,01%. Уменьшение содержания СО2 в атмосфере резко усилило отдачу Землей тепла в межпланетное пространство, что привело к возникновению ледникового периода. Затем началось повышение содержания СО2 в атмосфере и усиление так называемого «парникового эффекта», что привело к нагреванию атмосферы и прекращению ледникового периода.
В последующем шло постепенное снижение количества СО2 до начала промышленного периода, когда концентрация углекислого газа достигла 0,03%. К настоящему времени, вследствие нарастания выброса СО2 промышленностью, его количество стало возрастать и уже увеличилось на 20—24%. Этот процесс продолжается.
Эти данные показывают, что история атмосферы весьма сложна и обусловлена в настоящее время как естественными, так и антропогенными факторами. Сейчас особенно важно представить (на основе строго научных данных), какой может быть атмосфера в будущем, даже измеряемом 2—З десятилетиями, чтобы своевременно принять меры для направления ее развития в желаемую для человека сторону.
Воздействие измененной обществом атмосферы на природу и общество.
Быстрое загрязнение атмосферы началось в ХIХ в. в связи с ростом, как уже отмечалось выше, потребления всех видов топлива. Воздух в промышленных городах становится все хуже, и в начале ХХ в. об этом заговорили, как о требующей решения гигиенической проблеме. Выяснилось, что загрязнение атмосферы оказывает неблагоприятное воздействие не только на человека, но и на флору и фауну, на различного рода сооружения, транспортные средства и др.
Размеры воздушного океана нашей планеты огромны, и может показаться, что сотни миллионов тонн загрязнений, поступающих ежегодно в атмосферу и составляющих менее одной десятитысячной доли процента от массы атмосферы, являются лишь каплей в море. Однако это далеко не так, потому что с течением времени количество загрязняющих атмосферу веществ накапливается. Загрязняющие атмосферу вещества распределены неравномерно, и в некоторых местах их концентрация уже теперь является недопустимо высокой. И, наконец, даже весьма малые концентрации некоторых веществ являются опасными.
Воздействовать на природу и общество атмосфера может всей совокупностью измененных свойств и каждым измененным свойством в отдельности. Рассмотрим сначала действие отдельных измененных свойств.
Прозрачность, уменьшающаяся при запылении различными частицами (почва, цемент, дым, сажа, копоть и т.д.), сокращает продолжительность дня, вызывая необходимость удлинения периода освещения и дополнительные расходы на оплату электроэнергии. Снижается также количество поступающей на Землю солнечной энергии. По расчетам М. И. Будыко, уменьшение поступления солнечной энергии на всей планете на 2% может вызвать ее оледенение, что, естественно, окажет катастрофическое влияние на природу и общество. Запыленная атмосфера вызывает снижение освещенности квартир, загрязнение стен и мебели, уменьшает возможность проветривания помещений, загрязняет белье при просушке, люди получают на 66% меньше благотворно действующих солнечных лучей. Пыль, попадающая в дыхательные пути, разрушает слизистые оболочки, открывая ворота инфекции, вызывает силикоз и другие заболевания. Цементная пыль забивает устьица листьев растений, нарушая их фотосинтез и дыхание. Уменьшенная прозрачность затрудняет движение наземного и некоторых видов воздушного транспорта, снижает теплоотдачу Земли в космос.
Температура воздуха довольно существенно изменяется обществом лишь в местном масштабе. Например, в больших городах воздух всегда (зимой и летом) на 4-8 ° теплее, чем в окрестностях, вследствие чего в них раньше развивается растительность, реже бывают заморозки, над городами образуются «острова» теплого воздуха, влияющие на характер его потоков и рассеивание загрязнителей. Некоторое понижение температуры воздуха происходит вследствие запыления атмосферы.
Состав атмосферы уже претерпел глобальные изменения по некоторым компонентам (кислород, углекислый газ), в ней появились совершенно новые компоненты (ядохимикаты, сотни тысяч других синтетических
веществ). Новый, обусловленный деятельностью общества, состав атмосферы полностью нигде не описан, не выяснены все последствия этого для самой атмосферы, а также для природы и общества.
Обобщая имеющиеся многочисленные факты, можно отметить, что в значительно больших количествах, чем прежде, в ней присутствуют радиоактивные вещества, тяжелые металлы (свинец, ртуть и т. д.), соединения серы и азота, различные углеводороды. Распределены они в атмосфере планеты неравномерно, что зависит от расположения производящих их источников. Часть из этих веществ широко разносится по планете воздушными потоками и оседает постепенно на поверхности земли и водоемов, вызывая их загрязнение, попадая с воздухом в организмы растений и животных, человека.
Измененными компонентами атмосфера оказывает на организмы токсическое, мутагенное, канцерогенное и аллергенное действие, обусловливая у них ухудшение состояния здоровья, сокращая продолжительность жизни, снижая биологическую продуктивность, ухудшая наследственность, вызывая нарушение развития и гибель.
Изменения в компонентах атмосферы влияют на людей, вызывая у них различные заболевания, снижение работоспособности, нарушение нервной деятельности, ухудшение потомства (влияние мутагенов) и другие нарушения в их функциях. Кроме того эти изменения в атмосфере в некоторых случаях ухудшают технологию, ведут к сокращению срока службы сооружений, к дополнительным затратам на строительство очистных сооружений и ликвидацию последствий вредного влияния загрязнителей.
Необходимость решения проблемы обеспечения чистоты атмосферы, как и всей окружающей природной среды, обусловила определенные изменения в партийной, государственной и международной политике, вызвала возникновение нового фронта классовой борьбы в капиталистических государствах, потребовала развития науки об атмосфере и ее антропогенных изменениях, стимулировала прогресс техники в связи с созданием очистных сооружений, малоотходных и безотходных технологий.
Облачность (и туманы), усиливающаяся под воздействием аэрозольных загрязнений, оказывает на природу и общество влияние через уменьшение освещенности (снижение фотосинтеза) и сокращение светового дня (дополнительные затраты на электрическое освещение). При образовании антропогенных туманов усложняется работа воздушного транспорта. Уменьшение числа ясных дней отрицательно сказывается на самочувствии и даже здоровье людей (уменьшается доза ультрафиолетового облучения).
Осадки (снег, роса, дождь, град) в ХХ в. во все большей степени стали зависеть от антропогенных воздействий самого различного характера (изменения подстилающей поверхности, загрязнение атмосферы). Сейчас констатированы региональные изменения объема, места и времени осадков, но не исключено, что они уже перерастают в глобальные.
Известно, например, что увеличились осадки в зонах крупных водохранилищ, что в некоторых случаях мешает уборке. Обусловленное уменьшением площади северной части Каспия снижение величины осадков привело к некоторому иссушению местности, так же, как и в зоне Аральского моря, уровень которого непрерывно падает.
Ветер, как и осадки, подвергается антропогенному воздействию в местном и региональном масштабах. Усиливается он при вырубке лесов и при создании водохранилищ, ослабляется при создании лесополос и лесных массивов. Резко снижается скорость ветра в населенных пунктах. Путем специальных мер уже создавались ураганные ветры путем поджигания больших лесных массивов армией США во Вьетнаме, что нанесло большой вред людям. Усиливается ветер и при лесных пожарах, вызванных человеком. Подобных примеров много. Но еще не установлено влияние общества на глобальную циркуляцию атмосферы, хотя она уже, возможно, если учесть существенное воздействие на температуру воздуха во многих регионах через промышленность (выбросы тепла, загрязнение атмосферы углекислотой и др.). Влияние на природу и общество антропогенных изменений направления, силы и скорости воздушных потоков почти не изучено, хотя оно может быть значительным.
Задымление воздуха ведет к ухудшению микроклимата города:
увеличению числа туманных дней, уменьшению прозрачности атмосферы и обусловленному им снижению видимости, освещенности, ультрафиолетовой радиации.
Утром 26 октября 1948 г. густой туман—смог—окутал г. Донора (штат Пенсильвания, США). Из смеси тумана с дымом и копотью начала выпадать сажа, покрывшая дома, тротуары и мостовые черным покрывалом. Двое суток видимость была настолько плохой, что жители е трудом находили дорогу домой. Вскоре врачей стали осаждать кашляющие и задыхающиеся пациенты, жаловавшиеся на нехватку воздуха, насморк, резь в глазах, боль в горле и тошноту. В течение следующих четырех дней, пока не начался сильный дождь, заболело 5910 человек из 14 тыс. жителей города. Двадцать человек умерло. Погибло много собак, кошек и птиц.
Исследуя причины этой трагедии, метеорологи установили, что она вызвана температурной инверсией, которая препятствовала нормальной циркуляции воздуха. Обычно теплый воздух поднимается от земли в вышележащие холодные области, унося с собой значительную часть загрязняющих воздух продуктов человеческой деятельности. Изредка слой теплого воздуха образуется над холодным слоем вблизи от земли, возникает температурная инверсия, следствием которой является нарушение циркуляции воздуха. В результате ядовитые выделения, не имея выхода вверх, скапливаются непосредственно над землей.
Главный действующий компонент смога лондонского типа — сернистый газ в количестве 5—10 мг/м3 и выше.
В смоге лондонского типа практически не образуется каких- либо новых веществ.Его токсичность целиком определяется исходными загрязнителями, и возникает он при сжигании достаточно больших количеств топлива.
Особенно тяжелое положение сложилось в Лос-Анджелесе, где с 30-х годов в теплое время года, как правило летом и ранней осенью, стал появляться сухой туман с влажностью около 70% Этот туман называют фотохимическим смогом.
Фотохимический туман может возникать при более низких концентрациях загрязнителей, чем лондонский смог, и для него более характерна желто-зеленая или сизая сухая дымка, а не сплошной туман. При смоге появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость. Погибают домашние животные, главным образом собаки и птицы. У людей фотохимический смог вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, симптомы удушья, обострение легочных и различных хронических заболеваний. Смог оказывает вредное влияние и на растения, особенно на салатные культуры, бобы, свеклу, злаки, виноград, декоративные насаждения. Сначала наблюдается водное набухание листьев. Через некоторое время нижние поверхности листьев приобретают серебристый или бронзовый оттенки, а на верхних появляются пятнистость и белые налеты. Затем наступает быстрое увядание растения. Фотохимический туман вызывает коррозию материалов и элементов зданий, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды. Из-за плохой видимости нарушается работа транспорта.
К факторам, оказывающим неблагоприятное влияние на организм человека, относятся также соединения свинца, содержащиеся в выхлопных газах автотранспорта. В атмосферном воздухе свинец содержится почти исключительно в виде неорганических соединений.
Количество свинца в крови человека возрастает с увеличением его содержания в воздухе. Последнее ведет к снижению активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом, и, следовательно, к нарушению обменных процессов в организме.
Многие исследователи подчеркивают связь детской заболеваемости (в первую очередь органов дыхания) со степенью загрязнения атмосферного воздуха сернистым газом. В Англии была проанализирована заболеваемость большой группы детей (3866 человек) с момента их рождения до 15 лет. Оказалось, что значительные подъемы в частоте респираторных заболеваний, как правило, наблюдались в те дни, когда уровни среднегодовых концентраций сернистого газа и дыма превышали 0,13 мг/м3.
Японские исследователи показали, что бронхиальной астмой наиболее часто заболевают в районах со значительным загрязнением атмосферного воздуха сернистым газом, причем частота случаев астмы возрастает прямо пропорционально росту концентраций сернистого газа (Toyama, 1964).
Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе не только угрозу здоровью людей, но и наносит большой экономический ущерб. Так, ядовитые вещества воздуха отравляют домашний скот во Флориде, обесцвечивают краску на стенах домов и корпусах автомашин в Линкольне (штат Мэн), под их влиянием гибнут сосны, растущие в 60 милях от Лос-Анджелеса, а также фруктовые сады в Техасе в Иллинойсе, шпинат на юге Калифорнии. За загрязнение воздуха американцы ежегодно расплачиваются миллиардами долларов.
Согласно оценкам Агентства по охране окружающей среды, экономические потери от смертности и заболеваний в связи с загрязнением воздушной среды в США составляют ежегодно 6 млрд. долларов. Эта цифра включает и ущерб от утраты трудоспособности, а также расходы на соответствующее медицинское обслуживание. Расчеты показывают, что сокращение загрязнения воздуха в городах США на 50% по сравнению с уровнем 1963 г. позволило бы уменьшить заболеваемость и получить экономию в размере 2,08 млрд. долларов. Ущерб, наносимый ежегодно экономике страны в результате коррозии и разрушения материалов, гибели растений и сокращения урожайности сельскохозяйственных культур, оценивается в 4,9 млрд. долларов.
Местные, региональные и глобальные изменения в атмосфере создают угрозу нормальному развитию человечества. Поэтому требуется организация энергичной борьбы за создание оптимальной для природы и общества атмосферы на основе всестороннего ее изучения в условиях все усиливающегося антропогенного воздействия. Сейчас стала необходимой охрана атмосферы не только в местном и региональном, но и в глобальном масштабе усилиями всех государств мира.