Загрязнение и здоровье окружающей среды

Загрязнение — это нежелательное изменение физических, химических или биологических характеристик нашего воздуха, земли и воды, которое может сейчас или в будущем оказывать неблагоприятное влияние на жизнь самого человека, нужных ему растений и животных, на разного рода производственные процессы, условия жизни и культурное достоя­ние, истощать или портить его сырьевые ресурсы. Загрязнители — это остатки того, что мы производим, используем и выбрасываем прочь. Загрязнение увеличивается не только от того, что с ростом .населения уменьшается доступное для каждого человека пространство, но и от того, что потребности на душу населения непрерывно увеличиваются, так что из года в год каждый из нас выбрасывает все больше и больше. Земля стала более населенной, на ней нет больше места для свалки мусора. То, что служит мусорной корзинкой для одного человека, явля­ется жизненным пространством другого. (К «выбрасываемым прочь» загрязнениям следует добавить те, которые представляют собой неиз­бежные побочные продукты транспорта, промышленности и сельского хозяйства; по мере расширения этих областей деятельности людей воз­растает и загрязнение.)

Мы уже приводили веские основания для утверждения, что в на­стоящее время загрязнение — один из важнейших лимитирующих фак­торов для человека. Усилия, которые сейчас приходится прилагать для уменьшения и предупрежде­ния загрязнения, могут послужить хорошей отрицательной обратной связью, которая предотвратила бы полное разграбление человеком ре­сурсов Земли и тем самым самоуничтожение. Эта проблема существует во всем мире, различаясь лишь в одном аспекте: в развивающихся стра­нах (70% населения земного шара) хронические загрязнения и болезни связаны с испражнениями человека и животных, тогда как в богатых развитых странах (30% населения земного шара) агро-индустриальное химическое загрязнение сейчас выступило на первый план по сравне­нию с органическим. В дополнение к этому глобальное загрязнение воды и воздуха, порождаемое преимущественно развитыми странами, угрожа­ет сейчас каждому. Во всех главах первой части мы все время отмечали значение экологических принципов для понимания причин и для устранения последствий разных форм загрязнения. Чтобы справиться с загрязнением в локальном и глобальном масштабе, необ­ходим экосистемный (целостный) подход; поэтому здесь мы попытаемся дать общий очерк проблемы и кратко изложить те ее разделы, которые особенно привлекают внимание широкой общественности. Реформы и решения в этих особенно критических областях могли бы указать путь к решению проблемы в целом.

Лучшими учебными пособиями по проблеме загрязнения могут слу­жить официальные отчеты, подготовленные Национальной академией наук или Консультативным комитетом по вопросам науки при Прези­денте. Введением в изучение загрязнения воды могут служить книги Хайнеса (1960), Хокса (1963) и Уоррена (1971).

ЦЕНА ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Цена загрязнения слагается из трех компонентов, каждый из кото­рых ложится ужасным и все более тяжелым бременем на человеческое общество: 1) потеря ресурсов в результате эксплуатации с неоправдан­но 'большим количеством отходов, потому, что, как утверждает отчет Национальной академии, «загрязнение — это часто ресурсы, оказавшие­ся не на своем месте»; 2) стоимость ликвидации загрязнения и контроля над ним (фиг. 215, А); обратите внимание, что сейчас дороже всего обходится очистка сточных вод и твердых отходов (отбросов), тогда как в ближайшие 30 лет борьба с гораздо более вредоносными загрязнения­ми от автомобильных двигателей и энергетических установок должна стать в 100 раз дороже, если будет продолжаться безудержный рост городов; цена здоровья людей — этот аспект цены загрязнения — встревожит, вероятно, эгоцентричного по своей при­роде человека больше, чем другие аспекты, которые легко замаскиро­вать на локальном уровне разного рода рассуждениями «цена — выго­да». Фиг. 215, Б дает драматическую картину того, что происходит в Украине в настоящее время: смертность от инфекционных заболеваний круто снижается (кривые / и //), а смертность от связанных с качеством окружающей среды респираторных болезней и рака так же круто идет вверх (кривые /// и IV). В недавнем обзоре учёных НАН Украины о цене здравоохранения в связи с загрязнением воздуха показано, что

Фиг. 215. Цена загрязнении.

А. Предполагаемая стоимость борьбы с первичными загрязнителями в бассейне реки Днепр. Обратите внимание, что основные расходы в 1970 г. связаны с обработкой сточных вод (/) и твердых отходов (//), но к 2000 году затраты на борьбу с загрязнениями, порождаемыми авто­машинами (///), промышленностью (IV) и производством электроэнергии (V), возрастут в 10— 100 раз, если только не будут приняты соответствующие меры. Б. Резкое сни­жение смертности от инфекционных болезней — туберкулеза (/), тифа и дифтерия (//), сопро­вождаемое столь же резким увеличением заболеваний, связанных с загрязнением,—рака легких (///) и других злокачественных новообразований (IV) за период с 1900 по 1960 г. (г. Донецк, 1968),

одно лишь снижение на 50% загрязнения воздуха в городских районах позволило бы сэкономить 20 млрд. грн. в год. Это только стоимость медицинского обслуживания и потерянного по болезни рабочего време­ни; сюда не входит «цена» человеческих страданий или смерти и инва­лидности от автодорожных происшествий и несчастных случаев в про­мышленности. Эти авторы строго обосновали зависимость всех респи­раторных заболеваний от загрязнения воздуха; они даже высказали предположение, что многие данные свидетельствуют о связи с загрязне­нием всей смертности от раковых заболеваний. Многие медики опасают­ся, что по мере увеличения стрессов окружающей среды на организм человека возникнут «неурядицы» с инфекционными болезнями, и не только вследствие понижения сопротивляемости организма, но и потому, что вирусы (которые, по мнению многих, участвуют в возникновении раковых заболеваний) и другие болезнетворные организмы становятся все более устойчивыми к процессам обработки воды и пищевых продук­тов. Обработку воды и переработку отходов (которые до сих пор рас­сматривали порознь) следует объединить в единую восстановительную систему.

ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Классификация загрязнений не менее сложна и запутана, чем клас­сификация озер или других природных явлений. Широ­ко распространены классификации по типам среды (воздух, вода, почва и т. п.) и по загрязняющим факторам (свинец, углекислый газ, твердые отходы и т. д.). О каждом из этих компонентов загрязнения могут быть и будут написаны толстые книги. Однако с точки зрения уменьшения загрязнения в целом (т. е. с экосистемной точки зрения) важно разли­чать прежде всего два основных типа загрязнения.

К первому
относятся стойкие (неразлагающиеся) загрязнения — вещества и яды, такие, как алюминиевые банки, соли ртути, фенольные соединения с длинной цепью, ДДТ, которые в естественной среде либо не разрушаются вовсе, либо разрушаются очень медленно. Иными сло­вами, для этих веществ не существует природных процессов, которые могли бы их разлагать с такой же скоростью, с какой они вводятся в экосистему. Такие неразрушающиеся загрязнители не только накап­ливаются, но часто «биологически усиливаются» по мере прохождения в биогеохимических циклах и по пищевым цепям. Кроме того, они могут образовать другие ядовитые вещества, соединяясь с другими вещества­ми окружающей среды. Единственный возможный способ «очистки» от таких загрязнителей — это их изъятие или экстракция из системы жиз­необеспечения окружающей среды, что сопряжено с большими расходами. Подобное изъятие возможно в космических кораблях, но удаление многих таких загрязнителей из биосферы практически не­возможно. Очевидное и разумное решение (которое, однако, легче сфор­мулировать, чем выполнить) состоит в том, чтобы запретить выброс в окружающую среду таких веществ (или хотя бы контролировать его так, чтобы избежать токсичного уровня) или даже совершенно прекра­тить производство таких веществ (т. е. найти легко деградирующие за­менители).

Второй тип
— это загрязнители, разрушаемые биологическими про­цессами, такие, как бытовые сточные воды, которые легко разлагаются естественным образом или на городских станциях по очистке сточных вод, где естественные пгроцессы разложения и восстановления усили­ваются. Иными словами, к этой категории относятся вещества, для ко-

ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ЗДОРОВЬЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Энергетика, загрязнения

Фиг. 216. Влияние на экосистему загрязнений двух типов — нестойких органических (/) и стойких токсичных (//). Объяснения — в тексте.

торых существуют естественные механизмы .переработки. К ней же мож­но отнести тепло или термальное загрязнение, так как оно рассеивается естественным путем, во всяком случае в пределах, установленных общим тепловым бюджетом биосферы.

Проблемы с разрушающимися загрязнениями возникают тогда. когда их поступление в окружающую среду превышает ее способность разлагать или рассеивать их. Современные затруднения с обработкой сточных вод обусловлены в значительной степени тем, что города растут гораздо быстрее, чем очистные устройства. В отличие от загрязнения токсичными стойкими веществами проблема очистки загрязнений, под­дающихся разложению, технически разрешима посредством сочетания механической и биологической обработки в полуестественных зонах пе­реработки отходов. Опять-таки существуют известные пределы общего количества органического вещества, которое может быть разложено на данной площади, а также всеобщее предель­ное ограничение для количества СО2, освобождаемого в атмосферу. Если мы не хотим перешагнуть за пре­дельные возможности биосферы, то мы должны сохранить для каждого человека примерно 2 га биологически продуктивного пространства суши и пресных вод (плюс океаны).

Различие в воздействии двух основных типов загрязнения на энер­гетику системы показано на фиг. 216. Нестойкие загрязнители, несущие энергию {органическое вещество), или питательные вещества (фосфаты, карбонаты и т. п.), повышают продуктивность экосистемы, если поступают в умеренном количестве (кри­вая /). При повышении поступления до критического уровня часто воз­никают резкие колебания (.например, в цветении водорослей), а даль­нейшее увеличение поступления этих загрязнений приводит к стрессу — система в сущности оказывается отравленной «избытком благ». Быстро­та, с какой в отсутствие должного контроля может произойти переход от хорошего к плохому, вносит дополнительные трудности в распознава­ние загрязнения и воздействие на него (это видно по тому, как круто кривая / идет вниз).Кривая // на фиг. 216 показывает, что токсичные веще­ства с самого начала вызывают стресс и по мере увеличения их количе­ства продуктивность подавляется все больше, однако и в этом случае при постоянном низком уровне их поступления в среду эффект будет трудно обнаружить.

ЭТАПЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Обычно принято делить обработку нестойких отходов на три ста­дии: 1) предварительная (первичная) обработка — механическое отсеи­вание и осаждение твердых веществ (которые сжигают или закапыва­ют); 2) неполная (вторичная) обработка — биологическое восстановле­ние органического вещества; 3) полная, или окончательная (третичная) обработка, 'которая состоит в химическом удалении фосфатов, нитратов, биогенных и других веществ. Полная трехстепенная обработка жидких отходов показана на фиг. 217. Как уже отмечалось, не­полная обработка осуществляется в биологической системе, в которой микроорганизмы разлагают биологическое вещество таким же образом, как они делают это в почвах и донных осадках. Наиболее распростра­ненная установка представляет собой систему с активным илом, которая при помощи насоса, обычно электрического, производит аэрацию и пере­мешивание. Другая система — это система с капельным фильтром, в которой жидкость после предварительной обработки течет под дейст­вием силы тяжести по камням или сочится по поверхности пластмассо­вого лотка, образующего аэрируемый слой и напоминающего перекат естественной реки. Систему вторичной обработки весьма полезно изучить на практике по экологии; в качестве руководства можно рекомендовать книгу Хокса (1963).

Предварительная и неполная обработка были недавно скомбиниро­ваны в очень компактной установке, которая особенно удобна для при­городов и небольших городов. Следует напомнить, что переработка в меньшем пространстве требует увеличения подводимой мощности (энер­гии) и более высокой квалификации обслуживающего персонала; любая неполадка сопровождается поступлением необработанных сточных вод в окружающую среду. Это вновь служит иллюстрацией принципа, со­гласно которому повышение сложности и эффективности в использова­нии пространства требует увеличения затрат энергии на «откачивание неупорядоченности».

По стоимости сооружения и эксплуатации самыми дешевыми явля­ются окислительные пруды. Это неглубокие водоемы (1 — 1,5м глубины), устроенные так, чтобы поверхность соприкосновения с воздухом была максимальна. Отходы закачиваются на дно пруда, и водоросли, бурно растущие в верхней освещенной зоне, обеспечивают аэрацию.

Фиг. 217. Три стадии обработки сточных вод и других органических отходов.

Многие крупные и мелкие города уже имеют установки для предварительной (первичной) обработки; большинство предполагает начать производить неполную (вторичную) обработку в ближайшие годы. Полную (третичную) обработку необходимо ввести как можно скорее, иначе крупные город захлебнутся своими собст­венными отбросами.

Эти пру­ды действуют как аэробно-анаэробные системы, подобно естественно плодородным лагунам. Применение таких полуестествен­ных устройств требует много места (около 0,5 га на обработку бытовых отходов 100 чел.) и разумного обращения. Производительность их мож­но повысить при помощи дополнительных устройств для механической аэрации. Такие пруды сейчас широко применяют для обработки быто­вых сточных вод в пригородных районах, особенно в теплом климате. Эффективны они также для частичной обработки отходов бумажных и текстильных фабрик, фабрик, выпускающих пищевые продукты, и т. д. Несомненно, что такие пруды будут шире использоваться в буду­щем для переработки отходов с птицеферм и скотных дворов. В настоя­щее время эти отходы животноводства почти не обрабатываются, что является причиной очень серьезного загрязнения водных путей (вспом­ните, что на земле примерно в пять раз больше домашних животных, чем людей, если, так сказать, привести их к одному знаменателю). Следует подчеркнуть, что окислительные пруды производят не полную обработку, а превращение: органическое вещество-загрязни­тель превращается в вещество водорослей и биогенные вещества, кото­рые выносятся в естественную среду, где для них должно иметься адек­ватное пространство и возможность включения в пищевые цепи. Здесь напрашиваются такие решения, как сбор урожая водорослей на корм ско­ту или использование прудовых стоков для аквакультуры, ирригации и других полезных целей, но все это требует дальнейших исследований.

Даже после относительно полной вторичной обработки, сток еще, конечно, сильно загрязнен биогенными веществами и непригоден для прямого использования человеком. В то время как технология вторичной обработки достаточно развита, третичная обработка находится еще главным образом на стадии экспе­риментальных установок. Большинство городов все еще стремится к до­стижению адекватной вторичной обработки, тогда как им следовало бы добиваться полного восстановления путем третичной обработки. Тысячи мелких городов и пригородных районов не производят вообще никакой обработки или в лучшем случае производят только грубую первичную обработку. Как указывалось выше, отходы индустриализованного сель­ского хозяйства почти не обрабатываются. Человек рассчитывает, что третичную об­работку произведет природа, и она могла бы делать это очень эффек­тивно, если предоставить ей достаточно места. Осложнения начинаются после того, как пространство, необходимое для естественной обработки отходов, человек застроит городами, сельскохозяйственными и промыш­ленными предприятиями, которые производят дополнительные загрязне­ния. В результате ему приходится прибегнуть к искусственной третич­ной обработке, которая в несколько раз дороже обычной вторичной обработки. Стефенс и Вайнбергер (1968) приводят сравнительную стои­мость разных стадий обработки отходов:

1) 1000 галлонов рабна 3785 л.

Нижние цифры соответствуют стоимости на крупных предприятиях, об­рабатывающих по 100 млн. галлонов в день. Капиталовложения, тре­буемые для создания установок полной обработки, — порядка 25 млн. долл., а установка для неполной и предварительной обработки обходит­ся в 20 и 10 млн. долл. соответственно. Производство питьевой воды пу­тем полной обработки (полное восстановление) обходится дешевле, чем опреснение (в последнем случае 1000 галлонов стоит не менее 1 долл.) и может вскоре стать дешевле, чем доставка воды по трубам из удален­ных источников; По качеству восстановленная вода была бы лучше той, которую пьют сейчас миллионы городских жителей.

В менее густонаселенных областях начинают проявлять .все боль­ший интерес к использованию для третичной обработки не только вод­ных, но и наземных экосистем. Это разумно, так как площадь наземной среды обитания во много раз больше, чем поверхность пресноводных водоемов. Эксперименты, в которых участки земли орошали сточными водами от установки вторичной обработки при помощи разбрызгивате­лей, показали, что на востоке Украины это позволяет добавить по крайней мере 5 см в неделю такой воды к естественным осадкам, не изменяя ка­чества грунтовых вод. Иными словами, фосфаты, нитраты и другие биоген­ные вещества, добавляемые в почву с такой скоростью, поглощаются растениями и почвой. Рост зерновых и пастбищных культур и молодых посадок леса при подобном «опрыскивании» биогенными веществами сточных вод также усиливался. Очевидно, такого рода земляной «фильтр» будет обладать большой долговременной емкостью, если уда­лять биогенные вещества, собирая урожай или путем выпаса. Однако результаты последних экспериментов со всеми типами орошения предо­стерегают, что при высоком уровне входа биогенные вещества или соли могут постепенно накапливаться. Эксперименты следует, вероятно, про­должать еще много лет, для того чтобы определить истинные возмож­ности третичной обработки на различных типах водосборов. А до тех пор следовало бы исходить из того, что оптимальный ввод должен быть ниже того максимального ввода, который кажется допустимым по дан­ным 3—5-летних экспериментов.

СТРАТЕГИЯ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ И КОНТРОЛЯ НАД НИМИ

Человек располагает тремя возможностями избавления от отходов: 1) сбрасывание без всякой обработки в ближайшее подходящее место) (воздух, река, озеро, почва, колодец или океан); 2) сбор и обработка в определенной ограниченной зоне обработки отходов, где созданы полу­естественные экосистемы, такие, как окислительные бассейны, опрыски­ваемые леса и земляные насыпи, которые выполняют большую часть работы по разложению и восстановлению; 3) переработка в искусствен­ных хемо-механических регенерационных системах. Первый путь осно­ван на теории «разбавление — решение проблемы загрязнения»; он был и остается главным способом удаления отходов, используемым почти по­всеместно. Промышленные предприятия и города обычно расположены вдоль водных путей, что облегчает сбрасывание сточных вод. Очевидно, что такая практика не может продолжаться и ее следует прекратить как можно скорее, чего бы это ни стоило.

Второй луть дает наиболее экономичный способ избежать всеобще­го загрязнения окружающей среды достаточно разбавленными, но боль­шими объемами отходов, которые так сильно ухудшили .сейчас каче­ство жизненного пространства человека и угрожают его здоровью. Если мы будем оставлять большие площади для полуестественной обработки отходов, это позволит также сохранять ценное открытое пространство, которое не только улучшает качество окружающей среды вообще, но полезно и в других отношениях (производство пищевых продуктов и волокна, газообмен в атмосфере, места отдыха).

Фиг. 218. Обработка отходов от нефтеочистительного завода в Кременчуге довольна

дешевым способом.

Сточные воды пускают через ряд соединяющихся бассейнов и прудов (Б). На графике (-4) по­казано образование (Р) и расходование (R) кислорода в каждом пруду. Видно, что «самопроек­тирующиеся» естественные сообщества прудов разлагают органическое вещество, и, когда вода доходит до 10-го пруда, откуда она сбрасывается в реку, соотношение между Р и К вполне хорошее.

В плане город­ского района была преду­смотрена обширная зона обработки отходов. Два примера устройства таких зон показаны на фиг. 218 (обработка отходов нефтеочистительно­го завода) и на фиг. 219 (гипотетический план обработки теплового и радиоактивного загрязнения от новой атомной электростанции). В обоих случаях вода, вытекающая из зоны обработки в общую среду обитания, не несет никаких загрязнений. Пруды для обработки отходов во многих случаях «самоконструируются», при­спосабливаясь к скорости поступления отходов. Как на их устройство, так и на уход за ними достаточно минимальных усилий со стороны че­ловека. Другим компонентом зоны обработки отходов должны быть большие, хорошо спроектированные и эффективно управляемые земля­ные насыпи для удаления твердых отходов.

Если мы хотим пойти по разумному пути, предоставив природе зна­чительную часть работы по удалению отходов, то следует оставлять об­ширные пространства суши и воды незанятыми, что, как уже указыва­лось, представляет собой одновременно одну из лучших мер предотвра­щения «переразвития». Так, новые станции очистки нельзя строить по берегам рек или посреди перенасе­ленных районов, а следует размещать среди природных территорий, до­статочно обширных для переработки разрушаемых отходов и для захо­ронения очень опасных отбросов (таких, как радиоактивные загрязнения, кислоты и т. п.), которые никогда не должны попадать в общую среду обитания.

Фиг. 219. Схема зоны обработки отходов для будущей атомной электростанции (а), расположенной в естественном водосборном бассейне (очерчен пунктиром). Тепловые отходы (т. с. тепловое загрязнение) — вода, используемая для охлаждения реактора (б), вытекают из большого накопительного бассейна в и полностью рассеиваются, испаряясь из сети мелких прудов н систем дождевальных установок. Теплые пруды можно использовать для раз­ведения рыбы, спортивного рыболовства и других видов отдыха и развлечений. Орошение на­земных участков водосборного бассейна повышает урожай полезных лесных и сельскохозяйст­венных продуктов; в то же время пода, пройдя через наземные «живые фильтры», вновь стека­ет в реки, пруды и попадает в грунт. Слабоактивные и твердые отходы захороняются на специ­альных участках (г). Высокоактивные отходы отработанного ядерного горючего вывозятся в специальные места захоронения радиоактивных отходов, расположенные вне данной зоны. Со­став речных и грунтовых вод и газов из дымовых труб непрерывно регистрируется у плотин id], в специальных скважинах (е) и при помощи специальных установок в трубах. Благодаря такому контролю не допускается утечка загрязнений из зоны. Эта система имеет следующие основные входы и выходы (пронумерованные стрелки по краям схемы): / — поступление солнеч­ного света и атмосферных осадков; 2 — выход радиоактивных отходов в захоронения; 3 — элек­троэнергия в города и т. п.; 4 — вход ядерного и прочего горючего; 5 — выход пищевых продук­тов, волокна, чистого воздуха и т. п.; 6 ~ сток чистой воды для сельского хозяйства, промыш­ленности и городов; 7 — использование для отдыха, а также для обучения и научных исследо­ваний. Площадь такой зоны обработки отходов' зависит от климата и рельефа местности, а также от электрических и других силовых установок, требующих охлаждения. Минимальная площадь, необходимая для 100%-ной переработки отходов (загрязнений), с учетом возможных аварий И механических поломок составит 400 га на электростанцию мощ­ностью 2500 МВт. В зоне обработки отходов такой емкости можно было бы разместить также предприятия легкой промышленности. Предприятия тяжелой промышленности следует размещать в пределах собственной зоны обработки отходов.

В прошлом при проектировании городов предусматри­вали подходящее пространство площадью 20—40 га для зоны обработки отходов. Крупному промышленному комплексу для собственной установ­ки по переработке отходов может потребоваться от 400 до 4000 га (см. подписи к фиг. 218 и 219). Восстановленная вода и извлеченные из отходов полезные материалы с избытком покроют стоимость земельного участка. Отделение промышленных предприятий и аэропортов от жилых районов целесообразно также потому, что при этом уменьшается шум. Самыми большими препятствиями для такого рода «проектирования с природой» являются

разного рода правовые, экономические и политические препятствия. Если владельцы промышленных предприятий и местные власти не раз­рабатывают (или не могут этого делать из-за неадекватного законода­тельства) перспективных планов, то людям придется все чаще прибе­гать к самому дорогому и технически сложному третьему способу — ис­кусственной переработке.

Для некоторых типов отходов, особенно в густонаселенных промыш­ленных районах, необходимы, конечно, абиотическая обработка и вос­становление. Механическая обработка представляет собой, вероятно, единственный способ избавления от некоторых компонентов загрязнения воздуха, которые необходимо задерживать (или сокращать их количест­во) у самого их источника. Если же это технически невозможно, то сле­дует найти замену порождающим эти загрязнения процессам, потому что, как уже указывалось, очень скоро мы окажемся не в состоянии вы­держать все последствия загрязнения. Если нас загонят в угол и мы будем вынуждены обратиться к дорогостоящей искусственной перера­ботке отходов, подобной применяемой для ядовитых веществ, то кто будет оплачивать все связанные с этим расходы?

Фиг. 220. Обратимость антропогенной эвтрофикации в Каховском водохранилище.

Цифры 5—7 вверху относятся к следующим событиям: / — восемь разных канализационных систем сбрасывают в водохранилище сточные воды; 2 — первое заметное цветение нежелательных водо­рослей (Oscillatoria); 3 — впервые отмечено летнее уменьшение кислорода в придонном слое (гиполимнионе); 4 — проведение первого правительственного законопроекта о сточных водах (I960 г); 5 — первый этап отведения стоков от озера (1963 г.); б — второй этап отведения стоков (196.1 г')- 7 — отведены все сточные воды (1967 г.). Кривые отражают изменения 4 показателей: / — прозрачность- II — фосфатный фосфор; /// — разнообразие диатомовых водорослей. IV —со­став диатомовых водорослей (% эвтрофических форм). Дальнейшие пояснения — в тексте.

Для космических ко­раблей созданы изощреннейшие системы механической переработки отходов и регенерации воздуха и воды, но стоимость таких установок совершенно фантастична. Закончим мы этот раздел на оптимистической ноте. История Каховского водохранилища— крупного водоема, вокруг которого расположился город Запорожье со своими пригородами, — служит хорошей демонстрацией того, как можно перебороть тенденцию на снижение ка­чества воды, подойдя к этой проблеме с широких позиций и объединив усилия города, области и страны. Изменение четырех показателей каче­ства воды Каховского водохранилища за период с 1970 по 2000 г. показано на фиг. 220. Два из этих показателей представляют собой важные физиче­ские характеристики воды, а два других относятся к разнообразию и составу диатомовых водорослей, входящих в фитопланктон (т. е. это показатели сообщества). В 80-х годах заводы стали сбра­сывать в водоём все увеличивающееся количество сточных вод, подверг­нутых вторичной (неполной) обработке, что привело к усилению антро­погенной эвтрофикации (т. е. обогащению воды биогенными вещества­ми). Цветение водорослей и снижение содержания кисло­рода в гиполимнионе послужили сигналом опасности и привлекли внимание широкой общественности. В результате принятых мер в 1990 г. около трети стоков отвели от водохранилища, а к 1998 г. были от­ведены почти все стоки. Как показывает фиг. 220, восстановление каче­ства воды в водоёме выглядит чрезвычайно эффектно: все четыре показа­теля резко изменились. Учёные полагают, что за несколько лет водохранилище вернется к состоянию по меньшей мере 1970 го­да. Хотя в водоёме еще имеется много фосфатов и других биогенных ве­ществ, они захороняются в осадках и таким образом исключаются из годового биогеохимического цикла. Важный аспект этого примера успешной ликвидации загрязнения состоит в том, что лимнологи Украины в течение многих лет проводили на озере фун­даментальные исследования; поэтому тенденции и их причины были тщательно документированы. Если бы этих данных не было, то контр­меры могли бы начаться тогда, когда было бы уже слишком поздно (обратите внимание на резкое возрастание скорости ухудшения показа­телей между 1980 и 1983 г., которые указывают, что водохранилище следовало «спасать» именно в это время).

Наконец, следует отметить, что способ, использованный для сниже­ния загрязнения Каховского водохранилища, нельзя считать оптимальным: его спасли, отведя стоки в более крупный водоем — залив Азовского моря. Подлинное решение проблемы — это окончательная (полная) обработ­ка отходов. Вряд ли нужно откладывать это решение до тех пор, когда человечество погубит океан. Как отметили учёные, пример с Каховским водохранилищем показывает, что антропогенная эвтрофикация может быть обратимой.

РЕГИСТРАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Успех мероприятий по уменьшению загрязнений зависит, конечно, не только от обработки и контроля, но также от эффективной регистра­ции и контроля (мониторинга) общего состояния окружающей среды, так чтобы мы точно знали, когда и где необходимо принять меры и ка­кие именно. Контроль осуществляется в двух основных формах: 1) пря­мое измерение концентрации загрязнителей или ключевых веществ, та­ких, как кислород, содержание которых при загрязнении уменьшается; 2) использование биологических показателей, которые могут быть очень разными — от микробиологических методов и измерений ВПК до индикаторов для целых сообществ.

В качестве примера контроля первого типа можно указать на не­прерывную регистрацию загрязнения воздуха над большими городами Украины. Сейчас это осуществляется при помощи датчиков, смонти­рованных на самолете, которые ежедневно измеряют и регистрируют концентрации SCb, NO2, CO и других загрязнителей над большой обла­стью. Во многих городах показатели загрязнения воздуха входят в свод­ки 'погоды. Уже отмечалась необходимость контроля содержания в ат­мосфере двуокиси углерода в глобальном масштабе. Биологические показатели широко используются для контроля загрязнения воды. В до­полнение к показателям разнообразия и обычным индикатор­ным видам (фиг. 221) существует много полезных показателей функцио­нирования сообщества, например: отношение P{R (фиг. 218), отношение хлорофилла к биомассе бактерий, средний размер орга­низмов (при загрязнении мелкие организмы преобладают над крупны­ми), содержание гемоглобина в биомассе животных как показатель снижения содержания кислорода, количество пигмента сине-зеленых водорослей как показатель углевод­ного загрязнения и многие другие показатели, которые следует тща­тельно изучить. Очень часто сообщество может дать больше «инфор­мации» о тотальных эффектах загрязнения, чем измерение отдельных факторов. Важная экологическая задача — найти способы быстрого «прочтения» этой информации.

ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Самое слабое звено в стратегии борьбы с загрязнением, так же как и в планировании использования земель, — неадекватная правовая за­щита качества окружающей среды и потребителя. Как уже говорилось, один из основных принципов, лежащих в основе развития эколо­гических систем, — это распределение энергии в системе. Когда система молода, основной поток энергии направлен на продукцию, т. е. на рост и на построение сложной структуры, но по мере приближения плотно­стей популяций к уровню насыщения экологическая система созревает в том смысле, что все большая часть доступной энергии расходуется на поддержание созданных раньше сложных структур. До сих пор наиболь­шее экономическое благоприятствование и защита со стороны закона предоставлялись тем, кто производит, строит, загрязняет и эксплуати­рует природные богатства. Это, конечно, вполне .рационально для ранних стадий цивилизации, так как человек, для того чтобы выжить, дол­жен до некоторой степени подчинить себе и модифицировать окружаю­щую среду. Теперь же очевидно, что по меньшей мере такие же преиму­щества следует предоставлять тем людям, профессиям и производствам, которые поддерживают качество человеческого существования; выжи­вание в будущем зависит от того, удастся ли найти равновесие между человеком и природой в .мире ограниченных ресурсов. Это не значит, что человек должен вернуться назад к природе, но это значит, что он должен вернуться к некоторым разумным «старомодным» обычаям, как например, сдача пустой посуды, хождение пешком и человеческая забо­та о своих соседях
. Некоторые вещи, например посуда одноразового пользования, которые мы еще считаем «прогрессивными», оборачиваются оскорблением для человека и природы. Если мы сумеем произвести поворот в другую сторону, то основы экономического развития сместят­ся от эксплуатации к восстановлению, от выбрасывания прочь к повтор­ному использованию, от количества к качеству. Существующие сейчас в отдельных государствах законы об окружающей среде совершенно неадекватны, а международное законодательство просто отсутствует, несмотря на очевидную потребность защиты атмосферы и океана. Сей­час нет более важного дела, чем законодательство об окружающей сре­де; сегодня в этой области открываются неограниченные возможности для молодежи, желающей посвятить себя этой деятельности.

Фиг. 221. Загрязнение реки необработанными сточными водами и последующее восстановление качества воды — как это отражается в изме­нении биотического сообщества.

Когда количество растворенного в воде кислорода уменьшается (левая кривая), рыбы исчезают и в зоне наибольшего разложения органики остаются только те орга­низмы, которые способны получать кислород с поверхности (как личинка комара Culex) или устойчивы к низкой концентрации кислорода. Когда бактерии разло­жат все попавшее в реку вещество, река возвращается в нормальное состояние.

В интересной книге, озаглавленной «Управляя природой», Мерф.и (1967) отмечает, что одних только запретов и правительственных меро­приятий недостаточно, чтобы избежать загрязнения; необходимо ввести в действие также экономические и правовые рычаги. Он касается таких вопросов, как налоги на отходы, стоимость интернационализации произ­водства с включением затрат как на собственно производство, так и на обработку и восстановление отходов, уменьшение налогов с предприя­тий, где удаление отходов .предусмотрено заранее, и других мер, преду­сматривающих поощрение действий, соответствующих интересам обще­ства.

НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Загрязнение воздуха

В табл. 58 приведены данные о загрязненности воздуха в Украине (по состоянию на 1986г.). Таблица дает представление лишь об относи­тельной важности разных видов и источников загрязнения, так как абсолютные количества возрастают из года в год. Предполагается, что загрязненность будет возрастать еще по крайней мере в течение 20 лет, т. е. положение ухудшится, 'прежде чем оно начнет улучшаться (если улучшение наступит).

Хотя общегосударственный и глобальный аспекты загрязнения до­статочно серьезны, в данный момент наибольшую озабоченность вызывают локальные повышения концентрации над таки­ми городами, как Донецк, Запорожье и Киев образующиеся во время температурных инверсий (т. е. когда загрязненный воздух зажат верхним теплым слоем, что предотвращает вертикальный перенос за­грязнений) .

ТАБЛИЦА 58

Относительное загрязнение воздуха в Украине

Абсолют-	Относи-	Абсолют-	Относи-
ные коли-	тельные	ные коли-	тельные
чества,	количе-	чества.	количе-
106 т В год	ства, %	№ Т В ГОД	ства, %
Загрязнители	Источники загрязнения
Окись углерода	65	52	Транспорт Промышленность	74,8 23,4	59,9 18,7
Окислы серы	23	18	Производство элек-
Углеводороды	15	12	троэнергии Повышение темпера -	15,7	12,5
Твердые частицы	12	10	туры окружающей
Окислы азота	8	6	среды Уничтожение отхо-	7,8	6,3
Другие газы и	дов	3,3	2,6
пары	2	2

Всего

125,0

Как уже говорилось в начале этой главы, загрязнение воздуха представляет собой -сигнал отрицательной обратной связи, который мо­жет спасти индустриальное общество от гибели, потому что: 1) это ясный сигнал об опасности, предупреждающий о необходимости «рас­средоточить» промышленное использование энергии; 2) вклад в загряз­нение вносит каждый из нас (управляя автомобилем, используя элек­троэнергию, покупая ту или иную вещь и т. п.) и 'каждый страдает от него, так что не на кого свалить вину; 3) решение может быть найдено в результате изучения проблемы в целом, так как попытки борьбы с от­дельными источниками и видами загрязнения как с частными проблема­ми не только не эффективны, но и могут привести к превращению одной категории загрязнения в другую.

Загрязнение воздуха служит также прекрасным примером синергизма некоторые загрязнители реагируют друг с другом в окружающей среде и образуют вторичные загрязнения, что еще более осложняет проблему. Например, два компонента выхлопных газов, со­единяясь в присутствии солнечного света, образуют новые и даже еще более ядовитые вещества, известные под названием «фотохимического смога»:

Оба вторичных вещества обладают слезоточивым действием, а так­же раздражающим действием на дыхательные пути человека; кроме того, они крайне токсичны для растений: озон усиливает дыхание листьев, что приводит к гибели растения от истощения, а ПАН блокирует «реакцию Хилла» в фотосинтезе, и растение гибнет от недостаточной интенсивности синтеза питательных веществ.

Первыми жертвами становятся нежные культурные растения; дело дошло до того, что вблизи больших городов нельзя стало выращивать некоторые сельскохозяйственные культуры и плодовые де­ревья. Другие фотохимические загрязнители, относящиеся к группе мно­гоядерных ароматических углеводородов, известны своими канцероген­ными свойствами.

Еще один опасный синергизм возникает при адсорбировании SO2: (который в норме уносится прочь и окисляется в атмосфере) на частич­ках загрязнения (пыли, золе и т. д.), после чего, попадая на влажные ткани (например, на слизистую дыхательных путей) или вступая в кон­такт с капельками влаги, он превращается в серную кислоту! Такое «кислотное» загрязнение опасно не только для здоровья; оно, кроме того, вызывает коррозию металлов и известняка, принося огромные убытки.

Существует еще один синергизм — между курением и загрязне­нием воздуха. Загрязнение воздуха в городе, отравляя кровь окисью углерода, наносит некурящему человеку такой же вред, как и выкури­вание курильщиком пачки сига.рет в день, вероятность заболевания ра­ком легких для горожанина-курильщика в 10 раз выше, чем для некуря­щего сельского жителя.

Инсектициды

Объективное представление об очень противоречивом предмете борьбы с вредителями может дать рассмотрение того, что учёные) назвали «тремя поколениями пестицидов»: I) пестициды расти­тельного происхождения и неорганические соли (арсенаты и т. п.); 2) поколение ДДТ (хлорорганические, фосфорорганические и другие ядохимикаты с широким спектром действия); 3) гормоны (биохимиче­ские препараты с узким спектром действия) и биологические методы борьбы (паразиты и т. п.), которые осуществляют строго направленное воздействие, не отравляя всю экосистему.

Первое поколение инсектицидов могло удовлетворить наших дедов: фермы были небольшими и производили разнообразные продукты, ра­бочей силы было много и сами способы ведения сельского хозяйства не допускали массовых вспышек вредителей и болезней. ДДТ и другие инсектициды с широким спектром действия не просто возвестили о на­ступлении эры индустриального сельского хозяйства; считалось, что они раз и навсегда «решают» все проблемы вредителей. Увы, именно этот оптимизм частично повинен ,в тех тяжелых последствиях, которые по­влекло за собой почти бессмысленное насыщение пестицидами окружаю­щей среды, которая до такой степени загрязнена этими длительно дей­ствующими (т. е. очень медленно разлагающимися) ядовитыми веще­ствами с широким спектром действия, что теперь мы вынуждены отка­заться от многих из них. Сигналы об энтомологической опасности (вспышки вредителей, вызываемые опрыскиванием) раздались еще в 60-х годах, но остались без внимания; они вызвали сенсацию лишь в 1962 г., .когда вышла знаменитая книга Р. Карсон «Безмолвная весна». Подробное исследование Никольсона, Грезенды и др. (1964) показало, как в результате бесконтрольного при­менения пестицидов оказался зараженным целый водосборный бассейн. И наконец, сейчас собраны фактические данные о коварном влиянии ДДТ и других хлорсодержащих углеводородов на нервную и эндокрин­ную системы позвоночных, в том числе и человека. При ретроспективном взгляде оказывается, что в .непрерывной войне человека с насекомыми и другими конкурентами хлорорганические соединения дают только временную передышку и что их нужно постепенно заменить другими, экологически более разумными мерами. Тем временем эти ве­щества породили одну из самых серьезных проблем загрязнения, кото­рую Верстер (1969) излагает примерно следующим образом.

Хлорсодержащие углеводородные инсектициды, которые являются сейчас одними из самых распространенных в мире синтетических соеди­нений, загрязнили существенную часть биосферы. Они разносятся с воз­духом и водой. Их широкое распространение по земному шару объяс­няется их хорошей растворимостью и химической стойкостью, а в осо­бенности — способностью адсорбироваться на органических веществах; последнее свойство облегчает их перенос и способствует накоплению при передаче по пищевой цепи — от растений к растительноядным, а от них — к хищникам. Широкий спектр действия свидетельствует о потен­циальной способности этих инсектицидов оказывать влияние на самые различные организмы. Хлорсодержащие углеводороды серьезно наруши­ли биотические сообщества во многих частях земного шара. Было пока­зано, что они нарушают личиночное развитие многих ценных съедобных организмов, обитающих в воде, и подавляют фотосинтез морского фитопланктона (что может привести к нарушению газового баланса атмосфе­ры) . Хотя прямое влияние этих веществ на эндокринную систему челове­ка еще не .показано, их концентрации в тканях человека уже достаточно велики, чтобы такие эффекты были возможны; не исключена возмож­ность возникновения в будущем злокачественных новообразований и вредных мутаций (они были получены у лабораторных животных), осо­бенно если не принимать никаких мер для контроля этих потенциально опасных соединений.

Как было отмечено, имеется фундаментальное различие между контролируемым применением неапецифических ядови­тых веществ на полях, когда причины и эффекты известны, и широким применением этих же самых веществ в лесах и в других природных или полуприродных областях, где их общий эффект неизвестен и вероятность просчета очень велика. Уровень загрязнения пестицидами сильно повы­сило опыление ими с самолетов целых ландшафтов без непосредствен­ной необходимости. Другие «непредвиденные» проблемы возникают из-за того, что новые пестициды испытывают (очень часто поверхностно) на отдельных организмах, а затем без дальнейших испытаний приме­няют их на уровне экосистемы. Если препарат убивает в лаборатории насекомых и не убивает лабораторных крыс, это не значит, что он без­опасен при применении в природе. Это служит еще одним примером ос­ложнений, возникающих из-за того, что специалист в области сельского хозяйства и экономики не представляет себе разницы между популяцией и экосистемой. В качестве примера экологических исследований, в кото­рых «морской свинкой», или объектом экспериментального испытания, служит экосистема.

Браун (1961) дал объективный обзор четырех программ массовой борьбы с насекомыми. В качестве положительного примера описана очень успешная борьба с плодовой мушкой путем разумного примене­ния ядохимикатов, которому предшествовало тщательное научное изуче­ние. Другая крайность (отрицательный пример) — кампания по истреб­лению завезенного красного муравья (Solenopsis). Она служит приме­ром: 1) применения массового опыления после весьма поверхностного изучения и 2) неправильных действий комиссии федерального прави­тельства, которая руководствовалась преимущественно политическими мотивами, не считаясь с мнением авторитетных ученых. Несколько мил­лионов долларов было затрачено на массовое опыление с самолетов в соответствии с теорией, что бомбардировка со сплошным поражением даст возможность уничтожить это насекомое раз и навсегда. В резуль­тате таких крайних мер численность муравьев несколько снизилась, хотя ни о каком полном истреблении не мож.ет быть и речи, а тем временем тяжело пострадали дикие популяции водных и наземных организмов. Трагизм ситуации состоит в том, что если бы обеспечить каждого зем­левладельца средствами для борьбы с этим муравьем или провести местные кампании по борьбе с ним в тех районах, где это было необхо­димо, то можно было бы добиться лучших результатов и притом с мень­шей опасностью для окружающей среды.

По мере отказа от массового применения длительно действующих ядовитых веществ с широким спектром действия становится очевидным, что стратегия борьбы с вредителями будет все в большей степени при­бегать к так называемым интегральным мерам борьбы. Идея интегральной борьбы состоит в координированном использовании всего арсенала методов борьбы: старомодных, но полных здравого смысла агротехнических приемов, разумного применения нестойких, или «короткоживущих», химических пестицидов и широкого применения методов, имитирующих методы самой природы, т. е. биологических мер борьбы, а также третьего поколения пестицидов, упомянутых в начале этого раздела. В арсенале интегральной борьбы имеются следующие виды оружия:

1) хищники — такие, как высокоэффективные божьи коровки и К сетчатокрылые против сельскохозяйственных вредителей или жу­ки против сорняков;

2) паразиты — например, наездники-хальциды, очень успешно сни­жающие численность некоторых важных вредителей;

3) специфичные для данного вредителя возбудители болезней — вирусы и патогенные бактерии;

4) растения-приманки — выращивание малоценных культур для отвлечения вредителей от ценных посевов;

5) севооборот и разнообразие культур;

6) химическая или радиационная стерилизация;

7) гормональные стимуляторы — такие, как ювенильные гормоны, которые препятствуют завершению цикла развития у насеко­мых;

8) феромоны (половые аттрактанты) и другие биохимические пре­параты, регулирующие поведение вредителей;

9) нестойкие химические инсектициды — фосфорорганические и другие;

10) селекция сельскохозяйственных культур на устойчивость к бо­лезням и вредителям, а не только на кратковременную урожай­ность как таковую.

Можно с уверенностью сказать, что постоянная бдительность, иссле­дование и подготовка специалистов являются частью «откачивания бес­порядка» в агроэкосистеме. Проблему эту нельзя и никогда нельзя будет решить «одним махом».

ГЕРБИЦИДЫ

Гербициды, как и новейшие пестициды, впервые начали широко применять вскоре после второй мировой войны. Сначала их использова­ли для расчистки полос отчуждения линий электропередач, затем для расчистки полос отчуждения железных и шоссейных дорог, для борьбы с сорняками в сельском и лесном хозяйстве и, как это ни печально, для уничтожения посевов и дефолиации лесов во время военных действий. Гербициды оказались весьма ценными при избирательном применении в сельском хозяйстве и лесоводстве, однако эффективность их при неиз­бирательном .применении, особенно при сплошном опылении обширных площадей, влияние которого на структуру экосистемы точно предсказать невозможно (параллель со злоупотреблением пестицидами), вызывает все больше сомнений. Установлено, что по меньшей мере 20 млн. га площади отчуждения в Украине подвергались обработке гербицидами от 1 до 30 и более раз. Хотя иногда такие опыления и необходи­мы, в большинстве случаев они носят настолько неселективный харак­тер, что их нельзя оправдать ни с экономической, ни с экологической точки зрения.

Гербициды делят в общем на две трупы в зависимости от способа их действия. К первой группе, в которую входят такие препараты, какмонурон и симазин, относят гербициды, нарушающие фотосинтез, так что гибель растения наступает в результате нехватки энергии. Ко вто­рой группе относятся широко используемые 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиук-сусная кислота) и 2,4,5-Т (2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислота). Ме­ханизм действия этих веществ до конца не известен. Они обладают дву­мя связанными, но не идентичными эффектами: дефолиационным и •системным. Странным образом в низких концентрациях эти вещества препятствуют опаданию плодов и листьев и применяются с этой целью в сельском хозяйстве. Б высоких же концентрациях они вызывают цепь реакций, приводящую к ослаблению связей между клетками отделитель­ного слоя, лежащего в основании черешка, что приводит к опадению листьев. Такая простая дефолиация сама по себе обычно не убивает растение, и в норме за ней может последовать регенерация. У некоторых растений, однако, возникают дополнительные эффекты, выражающиеся в резком ускорении клеточного деления во флоэме, что вызывает 'бло­каду транспорта питательных веществ и образование опасных повреж­дений. У таких восприимчивых растений шансов на выздоровление мало. Широколиственные травянистые растения особенно восприимчивы к 2,4-Д, тогда как 2,4,5-Т и смесь 2,4-Д и 2,4,5-Т особенно сильно дейст­вуют на деревянистые растения.

Влияние 2,4-Д и 2,4,5-Т на экосистему изучено плохо. По-видимому, они способны изменять растительные сообщества и оказывать косвенное воздействие на растительноядных и хищников. Сведения об их влиянии на водные экосистемы и почвенные микроорганизмы скудны. Их непо­средственная токсичность для животных, по-видимому, невелика. Одна­ко при производстве 2,4,5-Т образуется и часто присутствует в конечном продукте 2,3, 6, /-тстрахлордибензо-гс-диоксин, обычно называемый про­сто «диоксином». Это вещество даже в очень низких концентрациях об­ладает тератогенным действием, т. е. вызывает уродства плода. Кроме того, при участии этого вещества образуются тяжелые поражения кожи у рабочих, занятых производством 2,4,5-Т. Ввиду всего этого 2,4,5-Т счи­тается опасным веществом, если не гарантировано отсутствие в конеч­ном продукте диоксина. Кроме того, пока еще ,не известно, не может ли произойти образования диоксина из 2,4,5-Т или .промежуточных продук­тов его расщепления при тепловом воздействии (лесной пожар) или в процессах метаболизма.

В совокупности инсектициды и гербициды — это мощные «наркоти­ки» для экосистемы, так как они модифицируют функции жизненно важных систем — копсументов и продуцентов. Сейчас считается, что применение этих веществ может происходить только под руководством квалифицированных специалистов, имеющих официальные удостовере­ния, подобно тому как это обстоит с лекарственными препаратами, ис­пользуемыми при лечении людей.

ШУМОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Шумовое загрязнение представляет собой еще одну серьезную угро­зу качеству среды обитания человека. Если определить шум как «неже­лательный звук», то шумовое загрязнение — это нежелательные звуки, «выбрасываемые» в атмосферу без учета возможных вредных последст­вий. Термин «шум» применяется также в электронике и связи для обоз­начения нарушений, которые препятствуют связи. Этот шум возрастает по мере увеличения сложности и информационной емкости систем всех видов. Так возникла новая проблема «электронного загрязнения», кото­рая все возрастает по мере развития радиосвязи. Поэтому в самом ши­роком смысле шумовое загрязнение — еще один «непредвиденный про-

счет», порождаемый чрезмерной концентрацией промышленных пред­приятий,

Как сейчас стало ясно, сильный шум, вызываемый, например, мно­гими промышленными установками и самолетами, продолжаясь долгое время, не просто беспокоит человека (и, вероятно, других позвоночных), но и постепенно ухудшает слух. Даже сравнительно несильный шум, например шум толпы, шум транспорта или звуки радио, мешает разгово­ру людей, вызывает эмоциональный и поведенческий стресс и нарушает «домашний покой», который необходим человеку. В соответствии с этим звук нужно рассматривать как потенциально' серьезный загрязнитель и сильную угрозу «здоровью» окружающей среды. Поэтому измерение, уменьшение, регуляция и ограничение в законодательном порядке шу­мового загрязнения следует поставить в один ряд с мероприятиями, ко­торые проводятся по борьбе с «химическими» компонентами загрязне­ния воздуха.

Единицей измерения громкости звука служит децибел (дб). Это не абсолютная, а относительная единица, основанная на использовании логарифма отношения данной интенсивности звука (/} к 'пороговой ин­тенсивности (/о); за этот порог .принимается интенсивность, соот

ветст­вующая звуковому давлению в 0,0002 мкбар {0,0002 дины на 1/см2) или мощность около 10~16 Вт. Первоначально считалось, что это минималь­ная интенсивность, воспринимается человеческим ухом.

Величину lg-7~~ называют громкостью звука, выраженной в белах.

Основной единицей служит децибел, т. е. 0,1 бела. Таким образом, зву­ки громкостью 10, 20 и 100 дб превышают порог слышимости соответ­ственно в 10, 100 и 1010 раз. Важно помнить, что эта шкала логарифми­ческая!

Человек воспринимает звуки с частотой от примерно 20 до 20 000 Гц (колебаний в секунду) и интенсивностью от 0 до более чем 120 дб (при такой интенсивности звук вызывает болевые ощущения); диапазон ин­тенсивности составляет 1012. Обычный разговор, который ведется на частотах 250—10000 Гц, происходит при интенсивности 30—60 дб, тогда как шум взлетающего реактивного самолета может превышать 160 дб. Влияние на человека меняется в зависимости от частоты или высоты звука. Считается, что при одном и том же уровне звукового дав­ления более высокие звуки кажутся «громче», чем более низкие звуки. На.пример, шум от реактивного самолета интенсивностью 100 децибел воспринимается большинством людей как вдвое более сильный и не­приятный, чем шум от винтового самолета, имеющий такую' же интен­сивность. В первом случае в области высоких частот сосредоточено боль­ше звуковой энергии.

Воспринимаемая людьми громкость выражается в единицах, назы­ваемых фонами. Это также относительная единица — 1 фон соответст­вует звуку интенсивностью 40 дб при частоте 1000 Гц; звуки интен­сивностью 40 дб на частоте 5000 Гц кажутся вдвое громче, и, таким об­разом, эту громкость оценивают в 2 фона. По этой шкале 50 фон и вы­ше при любой частоте слишком громки для комфорта. В общем интен­сивность 50 дб (10—50 фон в зависимости от частоты) можно рассмат­ривать как пороговый уровень, превышение которого небезопасно для уха. Значительно более слабый, чем этот физически опасный, уровень шума оказывает более тонкие воздействия и вызывает даже большее беспокойство. Люди начинают жаловаться, когда уровень нежелатель­ного шума в жилом районе достигает 35—40 дб, и начинают прибегать к административным мерам, когда шум достигает 50 дб! Серьезные за­труднения при борьбе с шумом возникают при оценке комплексного

шума, спектр которого занимает несколько октав, а именно такой шум чаще всего вызывает раздражение. Наконец, неожиданный резкий звук, например выстрел, в силу «эффекта (внезапности» может вызвать боль­шее замешательство, чем непрерывный шум. Очень резкий звук может также .нанести физический ущерб (разбитые окна и т. д.).

Угроза шума — еще одна дополнительная причина к тому, чтобы предоставить человеку большее жизненное пространство (Lebensraum), чем то .минимальное пространство, которое необходимо для обеспечения повседневных физиологических и психологических нужд. Необходимость зонального планирования, при котором промышленные предприятия, шоссейные дороги и т. п. отделены от жилых массивов, а также повыше­ние внимания к техническим мерам борьбы с шумом совершенно очевид­ны. К 1970 г. лишь несколько городов и штатов приняли законы по борь­бе с шумом и совсем немногие предприняли хоть какие-то шаги для из­мерения и ограничения шума. Говорят, что в южной части Калифорнии вдоль шоссейных дорог устанавливают измерители уровня шума и оста­навливают автомашины за превышение не только скорости, но и шума (выше 82 дб). Еще более важное значение имеют законы, требующие обеспечения звуконепроницаемости при строительстве промышленных, административных и жилых зданий. Люди не могут жить в мире, если они скучены в городах, где их отделяет друг от друга только стенка толщиной в лист бумаги!

В центральных районах больших городов зеленые полосы и откры­тые пространства могут иметь не меньшее значение для снижения шума, чем для очищения воздуха. Растения эффективно поглощают шум, осо­бенно звуки высокой частоты (Робинет, 1969). Густая живая изгородь из вечнозеленых растений может на 10 дб (т. е. в 10 раз) уменьшить шум, производимый машинами для сбора мусора. Посадка деревьев вдоль шоссе и улиц может быть эффективной, если высота их меньше со стороны, обращенной к источнику шума, и больше со стороны, обра­щенной к воспринимающим шум людям, так как при этом шум не толь­ко поглощается, но и рассеивается вверх. Достаточно эффективна за­щитная полоса шириной 15—20 м, где по самому краю посажен густой кустарник, а за ним — деревья (что-то вроде лесной опушки, где :могут даже поселиться некоторые дикие птицы и животные).

Как и в большинстве других сложных ситуаций в нашей современ­ной жизни, здесь трудно дать какие-либо четкие рекомендации. Звуки неразрывно связаны с жизнью людей; многие звуки, как природные (пе­ние -птиц), так и производимые человеком (музыка), приятны и нужны. Опять-таки, как и во всех прочих аспектах загрязнения, проблема воз­никает, когда какое-то благо оказывается в избытке. При этом обычно двумя величайшими преградами на пути к разрешению проблемы яв­ляются: 1) неосведомленность общественности относительно существую­щей опасности и 2) .медлительность или бездействие, в основе которых лежит «сиюминутная» экономическая выгода. Для того чтобы действи­тельно справиться с такой проблемой, как шум от аэропорта, нужно одновременно и притом постоянно делать две вещи: I) снижать, на­сколько это технически возможно, шум у самого его источника и 2) установить вокруг аэропорта 15-километровую зону, в пределах ко­торой категорически запрещено строительство жилых домов или пред­приятий.

Обширный «зеленый пояс» ферм и лесов вокруг аэропортов для ре­активных самолетов служил бы не только для поглощения шума, но также для очистки воздуха, производства пищи и волокна и как зона отдыха! Подобное двойное наступление на проблему соответствует тому, что экологи называют «экосистемным мышлением».

Борьба с шумом — хорошее занятие для молодого поколения не только потому, что оно само невольно способствует повышению уровня шума (например, пропущенная через усилители рок-музыка), но, что более важно, потому, что окружающая среда, свободная от ненужного шума, вероятно, была бы лучше и в других отношениях.

Другие виды загрязнения

РАДИАЦИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Радиационная экология
занимается радиоактивными веществами и ра­диоактивным излучением в связи с окружающей средой. Существуют два разных аспекта радиационной экологии, требующие различных под­ходов: I) воздействие излучения на особей, популяции, сообщества и экосистемы; 2) судьба радиоактгданых веществ, лопавших в 'окружающую среду, и механизмы, посредством которых экологические сообщества и популяции регулируют распространение радиоактивности. Испытания атомного оружия добавили в глобальном масштабе искусственную ра­диоактивность к естественной, которая существует в природе. Хотя на­чиная с 1962 г. испытания ядерного оружия были значительно сокраще­ны, опасность атомной войны сохранилась. Непрерывное развитие ядер­ной энергетики в мирных целях, которое должно ускоряться по мере ис­черпания запасов горючих ископаемых, будет сопровождаться увеличе­нием количества радиоактивных отходов, за которыми нужно непрерыв­но наблюдать и с которыми нужно бороться, как и с другими опасными загрязнителями. Вместе с тем нельзя забывать, что радиоактив­ные индикаторы представляют собой очень ценный метод исследования. Подобно тому (как все типы микроскопов расширили наши возможности исследовать структуру, все виды меток расширили наши возможности в смысле исследования функций. О пользе меток много говорилось в первой части.

КРАТКИЙ ОЧЕРК ВАЖНЫХ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ КОНЦЕПЦИЙ И ТЕРМИНОВ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

Типы ионизирующего излучения

Излучение с очень высокой энергией, которое способно отнимать электроны от атомов и присоединять их к другим атомам с образовани­ем пар положительных и отрицательных ионов, называется ионизирую­щим излучением в отличие от света и большей части солнечной радиа­ции, которые не обладают способностью к ионизации. Полагают, что ионизация является основной причиной радиационного повреждения цитоплазмы и что степень повреждения пропорциональна числу пар ионов, образовавшихся в поглощающем веществе. Источником ионизи­рующего излучения служат радиоактивные вещества, содержащиеся в горных породах; кроме того, оно поступает из космоса. Те изотопы

элементов, которые испускают ионизирующее излучение, называются радиоактивными изотопами.

Из трех видов ионизирующего излучения, имеющих важное эколо­гическое значение, два представляют собой корпускулярное излучение (альфа- и бета-частицы), а третье — электромагнитное (гамма-излу­чение и близкое ему рентгеновское излучение). Корпускулярное излуче­ние состоит из потока атомных и субатомных частиц, .которые передают свою энергию всему, с чем они сталкиваются. Альфа-частицы, или ядра атома гелия, имеют огромные по сравнению с другими частицами раз­меры. Правда, длина их пробега в воздухе составляет всего несколько •сантиметров, их можно остановить листком бумаги или слоем омертвев­шей кожи человека. Однако, будучи остановленными, они вызывают сильную локальную ионизацию. Бета-частицы — это быстрые электро­ны. Их размеры гораздо меньше, длина их пробега в воздухе равна не­скольким метрам, а в ткани — нескольким сантиметрам. Свою энергию они отдают на протяжении более длинного следа. Что касается ионизи­рующего электромагнитного излучения, то оно сходно со световым, толь­ко длина волны у него короче (фиг. 48). Оно проходит в воздухе боль­шие расстояния и легко проникает в вещество, высвобождая энергию на протяжении длинного следа (рассеяние излучения). Гамма-лучи, на­пример, легко проникают в живые ткани; они могут .пройти сквозь орга­низм, не оказав никакого воздействия, или же могут вызвать ионизацию на большом отрезке своего пути. Действие гамма-лучей зависит от их числа и энергии, а также от расстояния между организмом и источни­ком излучения. Важные свойства альфа-, бета- и гамма-излучения схе­матически показаны на фиг. 222. Таким образом, в последовательности: альфа-, бета- и гамма-излучение, проницаемость возрастает, а плотность ионизации и локальное повреждение уменьшаются. Поэтому биологи нередко называют радиоактивные вещества, испускающие альфа- и бе­та-частицы, «внутренними излучателями», так как они обладают наи­большим эффектом, будучи поглощены, заглочены или оказавшись

Фиг. 222. Сравнение трех типов ионизирующего излучения, представляющих наиболь­ший экологический интерес.

Показана относительная проникающая способность и специфический ионизационный эффект. Это чисто качественная схема, совершенно не отражающая количественных соотношений. А. Источ­ник излучения снаружи. Б. Источник излучения внутри.

каким-то иным способом внутри или вблизи живой ткани. Радиоактив­ные вещества, испускающие преимущественно гамма-лучи, относят к «внешним излучателям», так как это проникающее излучение, которое может оказывать действие, когда ее источник находится вне организма. Некоторые другие типы излучения также представляют хотя бы косвенный интерес для эколога. Нейтроны — это крупные незаряжен­ные частицы, которые сами по себе не вызывают ионизации, но, выби­вая атомы из их стабильных состояний, создают наведенную радиоак­тивность в нерадиоактивных материалах или тканях, сквозь которые они проходят. При равном количестве поглощенной энергии «быстрые» нейтроны вызывают в 10, а «медленные» — в 5 раз большие поражения, чем гамма-лучи. С нейтронным излучением можно встретиться вблизи реакторов и в местах ядерных взрывов, но, как указано выше, они игра­ют главную роль при образовании радиоактивных веществ, которые за­тем широко распространяются в природе. Рентгеновские лучи представ­ляют собой электромагнитное излучение, очень близкое гамма-лучам, но образующееся на внешних электронных оболочках, а не в ядре атома и не испускаемое радиоактивными веществами, рассеянными в окру­жающей среде. Так как действие рентгеновских и гамма-лучей одина­ково и так как рентгеновские лучи легко получать на специальной уста­новке, их удобно применять при экспериментальном изучении особей, популяций и даже небольших экосистем. Космические лучи — это излу­чение, приходящее к нам из космического пространства и состоящее из корпускулярной и электромагнитной компонент. Интенсивность косми­ческих лучей в биосфере мала, однако они представляют собой основную опасность при космическом путешествии. Космические лучи и ионизирующее излучение, испускаемое природными радиоактивными веществами, содержащимися в воде и почве, образуют так называемое! фоновое излучение, к которому адаптирована ныне существующая биота. Возможно, что поток генов в биоте поддерживается благодаря нали­чию этого фонового излучения. В разных частях биосферы естественный фон различается в три-четыре раза. В этой главе мы сосредоточим вни­мание главным образом на искусственной радиоактивности, которая до­бавляется к фону.

Единицы измерений

Для изучения радиационных явлений необходимы два типа измере­ний: I) измерение количества радиоактивного вещества по числу проис­ходящих распадов; 2) измерение дозы излучения в терминах поглощен­ной энергии, которая может вызвать ионизацию и повреждения.

Основной единицей активности служит кюри (Ки), определяемое как такое количество радиоактивного изотопа, в котором каждую секун­ду распадается 3,7-1010 атомов, т. е. происходит 2,2-1012 актов распада в минуту. Реальный вес вещества, соответствующего одному кюри, очень различен у долгоживущих, т. е. медленно распадающихся, и у коротко-живущих, т. е. быстро распадающихся, изотопов. Например, для радия 1 Ки соответствует 1 г, а для только что образовавшегося радиоактивного натрия — гораздо меньшее количество, около 10~7 г! С биологи­ческой точки зрения 1 Ки — активность довольно высокая, и поэтому на практике широко пользуются более мелкими единицами: милликюри (мКи) = 10~3 Ки; микрокюри (мкКи) = 10~6 Ки; нанокюри (нКи) = = 10~9 Ки; пикокюри (пКи) = 1012 Ки. Возможный диапазон активностей так велик, что следует быть очень внимательным к запятым в десятич­ных дробях. Активность, выраженная в кюри, показывает, сколько аль­фа- или бета-частиц или гамма-лучей испускает источник радиоактивности, но это ничего не говорит о действии, которое они производят на организмы, попавшие «под обстрел».

Другой важный аспект излучения — его доза — измеряется в раз­ных шкалах. Наиболее удобной единицей для всех типов излучения слу­жит рад. Один рад — это такая доза излучения, при которой на 1 г тка­ни поглощается 100 эрг энергии. Более старую единицу дозы — рентген (Р) — строго говоря, можно использовать только для гамма- и рентге­новских лучей. Однако, пока речь идет о воздействии на живые орга­низмы, рад и рентген — почти одно и то же. В 1000 раз меньшие еди­ницы, а именно миллирентген (мР) или миллирад (мрад), удобны для измерения тех уровней излучения, которые часто регистрируются в окру­жающей среде. Важно подчеркнуть, что рентген или рад — это единицы суммарной дозы. Доза излучения, полученная в единицу времени, назы­вается интенсивностью дозы. Так, если организм получает 10 мР в час, то суммарная доза за 24 ч составит 240 мР, или 0,240 Р. Как мы уви­дим, очень важное значение имеет время, за которое организм получает данную дозу.

Приборы, используемые для измерения ионизирующего излучения, состоят из двух основных частей: 1) детектора и 2) электронного счетчи­ка. Для измерения бета-частиц обычно используются газовые счетчи­ки, такие, как счетчик Гейгера, а для измерения гамма- и других типов излучения широко применяют твердые или жидкостные сцинтиляционные счетчики (они содержат вещества, которые превращают невидимое излучение в видимое излучение, регистрируемое фотоэлектрической си­стемой).

Радиоактивные изотопы, имеющие важное значение в экологии

Каждому химическому элементу соответствуют разные типы атомов, все они имеют несколько различное строение, некоторые из них радио­активны, другие — нет. Эти варианты элементов называются изотопа­ми. Например, существует несколько изотопов кислорода, несколько изо­топов углерода и т. д. Радиоактивные изотопы нестабильны и при рас­паде превращаются в другие изотопы, испуская при этом излучение. Каждый радиоактивный изотоп характеризуется определенным чис­лом— атомным 'весом и распадается с определенной скоростью. Эту скорость принято называть периодом полураспада. Некоторые радиоак­тивные изотопы, имеющие важное значение для экологии, перечислены в табл. 59. Можно видеть, что 45Са — это радиоактивный изотоп каль­ция; его атомный вес равен 45 и каждые 160 дней он теряет половину своей радиоактивности. Период полураспада — величина, постоянная для данного изотопа (т. е. внешние факторы не влияют' на скорость разрушения); для разных радиоактивных изотопов величина его варьи­рует от нескольких секунд до многих лет. В общем крайне «короткоживущие» радионуклиды не представляют интереса для экологии.

Проникающая сила излучения зависит от его энергии. Большинство важных для экологии радиоактивных изотопов обладают энергиями от 0,1 до 5 Мэв (миллионов электронвольт). В табл. 59 указаны относи­тельные энергии каждого изотопа (точные оценки можно найти в стан­дартных справочниках). Чем выше энергия, тем больше — в пределах данного типа излучения — потенциальный ущерб для биологического материала. Но, с другой стороны, изотопы с высокой энергией легче об­наруживаются в очень небольших количествах; поэтому они более удоб­ны в качестве «меток», или индикаторов. Например, гамма-излучатели высокой энергии, такие, как кобальт-60, цезий-134, скандий-46 или тантал-182, служат .полезными «метками», с помощью которых можно сле­дить снаружи за передвижениями под корой деревьев или в почве.

ТАБЛИЦА 59 Экологически важные радионуклиды. Группа А. Естественные изотопы, участвующие в создании фонового излучения

Период полураспада Изотопы	Излучение
Уран-235 (236U) 7-108 лет Альфа*** Гамма*
Уран-238(2звЦ) 4.5.109 » »
Радий-226(^Ra) 1620 »	» »
Торий-232(232тп) 1,4-1010 > »
Калнй-40(4°К) 1,3.10» » Бета*** Гамма***
Углерод-14 (см. группу Б)
Группа Б. Изотопы элементов, которые являются существенными компонентами организмов
Кальций-45(45Са) 160 дней	Бета**
Углерод-14(14С) 5568 лет Бета*
Кобальт-60(60Со) 5,27 >	Бета** Гамма***
Иод-131 (13Ч) 8 дней Гамма**

Как показывает табл. 59, с экологической точки зрения радиоак­тивные изотопы можно разбить на несколько довольно хорошо различи­мых групп. В группу А входят встречающиеся в природе радиоактивные изотопы, участвующие в создании фонового излучения. В группу Б вхо­дят изотопы элементов, являющихся существенными компонентами тка­ней животных и растений; они поэтому имеют большое значение в каче­стве меток при изучении метаболизма сообщества и как источники внут­реннего облучения.В группу В входят продукты деления урана -и некото­рых других элементов; большинство этих элементов несущественны для метаболизма (за исключением иода-131). Однако элементы этой груп­пы опасны, так как они в больших количествах образуются при ядерных взрывах, а также при управляемых ядерных реакциях при производстве электричества или других полезных форм энергии. Хотя большинство из этих изотопов не представляют собой существенные компоненты про­топлазмы, они легко включаются в биогеохимические циклы, и многие из них, особенно нуклиды стронция и цезия, накапливаются в пищевых цепях. Обратите внимание, что многие изотопы группы В производят «дочерние изотопы» (изотопы, образующиеся при распаде другого изотопа), которые часто обладают большей энергией, чем ис­ходные изотопы. Человек надеется со временем научиться использовать энергию ядерного синтеза, выделяемую в водородной бомбе, и заменить ею энергию ядерного деления, которая лежит сейчас в основе развития ядерной энергетики. При этом мы избавились бы от продуктов деления, но не решили бы проблем, создаваемых тритием (3Н) и наведенной радиоактивностью.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

Разные виды организмов сильно различаются по своей способности выдерживать большие дозы облучения. На фиг. 223 показана сравни­тельная чувствительность представителей трех разных типов организмов к некоторым дозам рентгеновских или гамма-лучей. Большие дозы, по­лучаемые организмом за короткое время (минуты или часы), называют острыми дозами в противоположность хроническим дозам сублетального облучения, которые организм мог бы выдерживать на протяжении всей своей жизни. Вертикальные черточки слева указывают уровни, при ко­торых у более чувствительных видов данной группы могут возникнуть серьезные нарушения функции размножения (например, временная или постоянная стерильность). Черточки справа указывают уровни, которые вызывают немедленную гибель, большей части особей (50% и выше) более устойчивых видов. Стрелки, направленные влево, указывают ниж­ние границы доз, которые могут вызывать гибель или повреждение чув­ствительных стадий жизненного цикла, например эмбрионов. Так, доза 200 рад вызывает гибель эмбрионов некоторых насекомых на .стадии дробления, доза 5000 рад приводит к стерильности, но для того чтобы убить всех взрослых особей более устойчивых видов, потребовалась бы доза 100000 рад. В общем млекопитающие обладают наибольшей чув­ствительностью, а микроорганизмы наиболее устойчивы. Семенные рас­тения и низшие ^позвоночные находятся где-то между насекомыми и мле­копитающими. Как показывает большая часть исследований, наиболее чувствительны к облучению быстро делящиеся клетки (этим объясняет­ся снижение чувствительности с возрастом). Поэтому любой компонент системы (будь то часть организма, одна особь или популяция), претерпевающий быстрый рост, окажется, вероятно, восприимчивым к сравни­тельно низкому уровню излучения независимо от своего систематическо­го положения.

Фиг. 223. Сравнительная чувствительность трех разных организмов к единичной Острой дозе рентгеновских или гамма-лучей (объяснения — в тексте).

Воздействие низких хронических доз измерить сложнее, так как они могут вызывать отдаленные генетические и соматические эффекты. Спарроу (1962) сообщает, что хроническое облучение сосны (которая обладает сравнительно высокой чувствительностью) на протяжении 10 лет при дозе 1 Р в день (суммарная доза 25000 Р) вызывает пример­но такое же уменьшение скорости роста, как и острая доза 60 Р. Любое повышение уровня излучения в среде над фоновым или даже высокий естественный фон может повысить частоту вредных мутаций (подобно многим химическим веществам, добавляемым к пищевым продуктам, действию которых подвергает себя современный человек).

У высших растений чувствительность к ионизирующему излучению прямо пропорциональна размеру клеточного ядра, а точнее, объему хро­мосом или содержанию ДНК. Как показано на фиг. 224, при изме­нении объема хромосом их чувствительность к облучению изменяется почти на три порядка. Растения большим объемом хромосом гибнут при острой дозе ниже 1000 рад, тогда как растения с мелкими хромосо­мами или малым их количеством устойчивы к дозе 50000 рад или выше. Такая зависимость свидетельствует о том, что при увеличении хромосом­ной «мишени» повышается вероятность прямого «попадания» атомных «выстрелов».

У высших животных не обнаружено такой прямой зависимости меж­ду чувствительностью и клеточной структурой; для них более важное значение имеет чувствительность отдельных систем органов. Так, млеко­питающие плохо переносят даже низкие дозы вследствие высокой чув­ствительности к облучению быстро делящейся кроветворной ткани кост­ного мозга. Многие исследователи сообщают, что ЛД-50 (доза, при ко­торой гибнет 50% особей в популяции) для некоторых диких грызунов примерно вдвое выше, чем для лабораторных белых мышей или белых крыс, но удовлетворительного объяснения причин такого различия меж­ду близкородственными видами пока не найдено.

Дифференциальная чувствительность представляет значительный экологический интерес. Для того чтобы та или иная система могла пере­носить более высокий уровень излучения, чем тот, при котором она эво­люционировала, должна произойти адаптация, возможно сопровождаю­щаяся элиминацией чувствительных линий или видов, В разд. 3 этой главы приведены примеры уменьшения видового разнообразия и изме­нения в структуре сообщества, обусловленного радиацией. Радиацион­ный стресс может изменить основные межпопуляционные взаимодействия, например равновесие между хищниками и жертвами, как по­казала Ауэрбах (1958) в экспериментах с клещами, или вызвать внезапное нашествие вредителей.

Фиг. 224. Зависимость между объемом интерфазных хромосом и острой летальной' дозой в килорентгенах (1 кР = 103Р) (по Спарроу, Шейрср и Спарроу, 1963),

Представлены данные по следующим видам: / — Trilliumgrandiftorum; 2 — PodophyLlumpeltatum-. 3 — Hyacinthus Ь. v. Innocence; 4 — Litium longiflorum; 6 —- Chlorophytutn elatum; 6 — Zea mays; 7 — Aphanostephus sklrrobasis; 8 — Crepis capillaris; 9 -~ Sedum ternatum; 10 — Lt/copersicum esculenfum; !I — Gladiolus v. h. Friendship; 12 — Men/ha spicata; 13 ~ Sedum oryztfollum; 14 — Sedum tricarpum; 15 — Sedum alfredi var. nagasakianum; 16 — Sedum rupifragum. Объем Хромосом определялся делением среднего объема ядра па число хромосом. Объем хромосом (#>• и острая летальная доза (у) связаны уравнением JgJ/= 1,69422 — (0,93025) Igx,

Здесь нам нужно обратить внимание на порядок величины доз есте­ственного, или фонового, излучения, к которым организмы, так сказать,, привыкли. Радиационный фон имеет три основных источника: 1) косми­ческие лучи; 2) калий-40 invivo (входящий в состав живых тканей) и 3) внешнее облучение от радия и других природных радиоактивных изотопов, встречающихся в горных породах и почве. Дозы, создаваемые каждым из этих трех источников, в пяти разных участках оцениваются следующим образом (в миллиардах в год).

Осадочные породы на уровне моря: Гранитная скала на уровне моря: Гранитная скала на высоте 3000 м: Поверхность моря: Море на глубине 100 м:

35+17+23= 75

35 + 17+90=142

100+17+90 = 207

35 + 28+ 1= 64

1+28+ 1= 30

Возможно, что для радиационных эффектов нет никакого порога. Генетики пришли к выводу, что для мутагенного действия излучения1 пороговой дозы не существует. В настоящее время мы прибегаем к вре­менным мерам, устанавливая «минимальные допустимые уровни» для дозы облучения и для количества разных радиоактивных изотопов в среде. Это неплохая практика, если при этом помнить, что такие допу­стимые уровни фактически не соответствуют никаким известным поро­гам. На самом деле в течение последних десяти лет «допустимые уров­ни» для человека дважды пересматривались в сторону снижения. В об­щем все понимают, что, поскольку человек, по-видимому, обладает самой высокой из всех живых существ чувствительностью к [излучению, все мы должны постоянно контролировать уровень радиации и сохра­нять ее на низком уровне в той микросреде, где человек фактически живет. Лаутит (1956) резюмирует эту точку зрения следующим образом: «Мы убеждены, что если человек обеспечит радиобиологическую защиту самому себе, то в остальном природа, за немногими исключе­ниями, также позаботится о себе сама». Это очень опасное переупроще­ние. Радиоактивное загрязнение почвы, океанов и других сред, в кото­рых человек фактически не живет, будет тем не менее влиять на необ­ходимую человеку систему жизнеобеспечения. Больше того, в разд. 4 и 5 этой главы приводятся данные, которые показывают, что любое радио­активное вещество с большим периодом полураспада, попавшее в среду в любом месте биосферы, рано или поздно попадет в организм чело­века. Чтобы оградить человека от радиобиологической опасности, мы должны достаточно заботливо относиться и к экосистеме.

Дифференциальная чувствительность к излучению в пределах одно­го вида используется для борьбы с насекомыми. Как отмечалось в гл. 16, разд. 7, радиационная стерилизация является одним из видов оружия в арсенале «интегральной» борьбы с вредителями. Самцов Ludliamacillaria, например, стерилизовали острой дозой около 5000 Р, что мало влияло на жизнеспособность и поведение этих мух. Стерилизо­ванные самцы, выпущенные в дикую шпуляцию, нормально спари­вались, но никакого потомства, конечно, от этого не получалось. Навод­нив природную популяцию большим количеством стерильных самцов, удалось подавить численность этого основного врага животноводства на юге Украины.

РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ НА ЭКОСИСТЕМНОМ УРОВНЕ

Сейчас во многих местах изучают влияние гамма-излучения на целые сообщества и экосистемы. В качестве источников гамма-излучения используют кобальт-60 или цезий-137 с активностью 10000 Ки или боль­ше, которые помещались на полях и в лесу—,в Брукхейвенекой нацио­нальной лаборатории на Лонг-Айленде (Вудвелл, 1962 и 1965), в тропи­ческом дождевом лесу в Пуэрто-Рико (Г. Одум и Пиджин, 1970 и в пу­стыне в Неваде (Френч, 1965). Влияние реакторов без защиты (которые испускают нейтроны и гамма-лучи) на поля и леса изучали в Джорджии и в Окриджской национальной лаборатории в Теннесси. В экологической лаборатории Саванна Ривер (Южная Каролина) использовали переносный источник гамма-излучения для изучения кратковременных влияний на самые разные со­общества. В Окриджской лаборатории много лет изучали сообщества озера, под­вергавшегося слабому хроническому облучению от радиоактивных от­ходов.

На фиг. 225 показано влияние источнинка гамма-излучения, поме­щенного в дубово-сосновом лесу в Брукхейвене (это тот же самый лес, продуктивность и биомасса которого отражены на фиг. 16). Каждые сутки источник излучения «работал» по 20 ч, а в течение остальных 4 ч производились наблюдения и брались пробы (на это время источник опускали в заэкранированый шурф). Градиент хронического облучения изменялся от 1000 рад в 10 м от источника до неулавливаемого прибора­ми превышения над фоном — в 140 м (кривая на фиг. 225, А). Самыми устойчивыми оказались осоки, несколько менее устойчивыми — некото­рые верески и злаки. Сосны значительно более чувствительны, чем дубы (у клеток сосен ядра более крупные, и они не дают новых побегов, если погибли терминальные почки). Замедление роста растений и уменьше­ние видового разнообразия животных отмечались даже при таких низ­ких уровнях, как 2—5 рад в сутки. Хотя дубовый лес и продолжал су­ществовать при достаточно высоком уровне облучения (10—40 рад в сутки), деревья были угнетены, а на некоторых участках стали вос­приимчивы к насекомым. Так, например, на второй год эксперимента на участке, получавшем ежесуточно около 10 рад, произошла вспышка чис­ленности дубовой тли; в этом участке тлей было более чем в 200 раз больше, чем в обычном (необлучавшемся) дубовом лесу.

В общем вдоль градиента облучения можно выделить 5 зон: 1) центральная зона, в ко­торой ни одно ,из высших растений не выживает; 2) зона осоки; 3} зона черники и паслена; 4) угнетенный дубовый лес и 5) интактный дубово-сосновый лес, в котором заметно некоторое угнетение роста, но нет погибших растений.

Фиг. 225. Влияние на дубово-сосновый лес градиента гамма-облучения от высокоактив­ного неподвижного источника.

Облучение производилось в течение 2 лет по 20 ч в сутки (объяснения — в тексте). А. Влияние длительного Y-излучения на состав растительного сообщества. Б. Доминирующие формы в сооб­ществе насекомых, населяющих облученный лес.

Сходные результаты получены в других иссле­дованиях, где лесную растительность подвергали действию ионизирую­щего излучения. После кратковременного интенсивного облучения, как у реактора без защиты в Джорджии, деревья верхнего яруса на вид казались мертвыми и появилась залежная растительность, состоявшая из однолетних трав и злаков. Однако в последующие годы

(если облучение не повторяли) многие из лиственных деревьев восстано­вились, дав вверх плотную поросль от корней и стволов (это говорит о том, что убиты были только надземные части). Возник некий вариант низкоствольной растительности, 'которая вскоре затенила всю залеж­ную растительность.

Хотя, как мы отметили в предыдущем разделе, относительную чув­ствительность разных видов высших растений можно предсказать, зная объем хромосом, другие факторы, такие, как форма роста или взаимо­действия между видами, могут модифицировать реакцию вида в интактном сообществе. Травянистые сообщества и ранние стадии сукцес­сии в общем случае более устойчивы, чем зрелые леса. Это происходит не только потому, что у первых многие виды имеют более мелкие ядра, но также и потому, что у них гораздо меньше «незащищенной» биомас­сы над грунтом; к тому же мелкие травянистые растения восстанавлива­ются гораздо быстрее, прорастая из семян или из защищенных подзем­ных частей (фиг. 178). Следовательно, такие признаки сообщества, как биомасса и разнообразие, играют роль в восприимчивости к облучению совершенно независимо от объема хромосом у отдельных видов.

Как и при всех других типах стресса, радиационный стресс вызы­вает уменьшение видового разнообразия. В другом эксперименте, прове­денном в Брукхейвене, на залежную растительность действовали дозой 1000 рад в день. Продукция сухого вещества в облу­ченном сообществе оказалась выше, чем в необлученном контроле, но видовое разнообразие катастрофически понизилось. Вместо обычной смеси многих видов разнотравья и злаков на облученной залежи вырос почти чистый травостой Panicumsanguinale (это, вероятно, не удивило бы горожан, которые борются с этой травой на своих газонах!).

СУДЬБА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Попадая в окружающую среду, радиоактивные изотопы достаточно часто рассеиваются и разбавляются, но они .могут также различными способами накапливаться в живых организмах и при продвижении по пищевой цепи. Эти способы мы ранее объединили под рубрикой «Биоло­гическое накопление» (см. стр. 99—100). Если скорость поступления ра­диоактивных веществ выше скорости их распада, то они могут просто накапливаться в воде, почве, осадках или воздухе. Иными словами, мы можем поставлять «природе», казалось бы, безобидное количество ра­диоактивности и получать ее обратно летальными порциями!

Отношение содержания некоторого радиоактивного изотопа в орга­низме к содержанию его в окружающей среде часто называют коэффи­циентом накопления. В химическом отношении радиоактивные изотопы ведут себя по существу так же, как и нерадиоактивный изотоп того же элемента. Таким образом, накопление радиоактивного изотопа в орга­низме не связано с его радиоактивностью, но просто демонстрирует в измеримой форме разницу концентраций данного элемента в среде и в организме. Некоторые из самых ранних данных о коэффициентах на­копления в водных и наземных пищевых цепях были получены на Ханфордском заводе Комиссией по атомной энергии на реке Колумбия, на востоке штата Вашингтон (Фостер и Ростенбах, 1954; Хенсон и Корн-берг, 1956; Девис и Фостер, 1958). Следовые количества искусственно полученных радиоактивных изотопов (32Р и т. п.) и продуктов деления (s°Sr, 137Cs, 1311 и т. п.) попадали в реку, пруды для накапливания отхо­дов и в воздух.

Фиг. 226. Накопление стронцня-90 в разных частях сети питания одного небольшого канадского озера, получающего низкоактивпые отходы. Цифры, указывают средние коэффициенты накопления относительно озерной воды, коэффициент накопления которой принят за единицу.

Концентрация фосфора в реке Колумбия была очень низкая, всего около 0,00003 мг на 1 г воды (т. е. 0,003: Ш3), но его концентрация в желтке яиц уток и гусей, получавших пищу из реки, составляла около 6 мг/г. Таким образом, 1 г яичного желтка содержит в 9-10е раз больше фосфора, чем 1 г речной воды. Мы не ожидали та­кого высокого коэффициента накопления радиоактивного фосфора, так как по мере его прохождения по пищевой цепи к яйцу должен был про­исходить распад (у этого изотопа короткий период полураспада), в ре­зультате которого его количество должно было уменьшиться. Такие вы­сокие коэффициенты накопления, как 1 500 000, отмечаются редко, в среднем они ниже {около 200000) (Хенсон и Корнберг, 1956). Уста­новлены коэффициенты накопления и для некоторых других изотопов: 250 для цезия-137 в мышечной ткани и 500 для стронция-90 в костях водоплавающих птиц (по отношению к концентрации этих изотопов в прудах для отходов, где кормились эти птицы). Концентрация радио­активного иода в щитовидной железе зайца в 500 раз выше, чем в ра­стущих другом растениях, которые в свою очередь накапливают этот изотоп, выбрасываемый в воздух из труб атомной станции. На фиг. 226 приведены коэффициенты накопления стронция-90 в разных звеньях водной сети питания вблизи другой атомной электростанции.

Радиоактивность не влияет на поглощение данного изотопа живой системой, однако после того, как изотоп попал в организм, он, конечно, оказывает вредное воздействие на активные ткани. Поэтому при уста­новлении «максимальных допустимых уровней» выброса изотопов в ок­ружающую среду следует делать поправку на «экологическое накопле­ние». Очевидно, следует остерегаться тех изотопов, которые имеют тен­денцию накапливаться в определенных тканях (как иод в щитовидной железе или стронций в костях), а также тех, которые обладают высокойактивностью и длительным периодом полураспада. Кроме того, создает­ся впечатление, что коэффициенты накопления выше в малокормных местообитаниях, чем в кормных. В общем сле­дует ожидать больших тенденций к накоплению в водных экосистемах, чем в наземных, так как потоки питательных веществ в «жидкой» вод­ной среде более интенсивны,

Фиг. 227. Применение радиоактивных меток для составления схем пищевых цепей в интактных природных сообществах.

А. Введение метки в отдельное растение при помощи небольшого прокола на стебле. Б. Погло­щение метки на разных трофических уровнях. / ~-питающиеся нектаром; // — травоядные; /// — растения; IV — детритофаги; V — хищники. В. Схема сети питания, состоящей из дпул доминирующих БИДОН растений и потребляющих их травоядных. Дальнейшие объяснения — в. тексте.

ПРОБЛЕМА РАДИОАКТИВНЫХ ОСАДКОВ

Радиоактивную пыль, оседающую на землю после атомных взрывов, называют радиоактивными осадками. Эта пыль смешивается и взаимо­действует с атмосфере с частицами естественного происхождения и со все возрастающими искусственны­ми загрязнениями воздуха. Характер радиоактивных осадков зависит) от типа бомбы. Прежде всего надо четко различать два типа ядерного оружия; 1) в атомной бомбе происходит расщепление тяжелых элемен­тов, например урана или плутония, сопровождающееся выделением энергии и радиоактивных «продуктов распада»; в водородной бомбе, представляющей собой термоядерное оружие, легкие элементы (дейте­рий) соединяются, образуя более тяжелые элементы; при этом освобож­дается анергия и выделяются нейтроны. Так как для термоядерной реак­ции необходима очень высокая температура (миллионы градусов), то-реакция деления используется для «запуска» реакции Синтеза. В об­щем на единицу высвобождаемой энергии термоядерное оружие образу­ет меньше продуктов распада и больше нейтронов (создающих наведен­ную радиоактивность в окружающей среде), чем атомное оружие. Оста­точное излучение, часть которого широко рассеивается в биосфере и оставляет около 10% энергии ядерного ору­жия. Количество образующихся радиоактивных осадков зависит не только от типа и размера бомбы, но и от количества постороннего ма­териала, вовлеченного во взрыв.

Осадки, образующиеся при атомных взрывах, отличаются от радио­активных отходов тем, что порожденные взрывом радиоактивные изо­топы соединяются с железом, кремнием, пылью и всем, что оказывается поблизости, в результате чего получаются относительно нерастворимые частицы. Размеры этих частиц, часто напоминающих под микроскопом крошечные мраморные шарики разных цветов, варьируют от нескольких сот микрон до почти коллоидных размеров. Самые мелкие из них плот­но прилипают к листьям растений, вызывая радиоактивные повреждения ткани листа; если такие листья съедает какое-либо растительноядное животное, радиоактивные частицы растворяются в его пищеварительных соках. Таким образом, эта разновидность осадков может непосредствен­но включиться в пищевую цепь на трофическом уровне растительноядных, или первичных, констументов.

Радиоактивные осадки от небольших атомных бомб или ядерных взрывов, произведенных в мирных целях (строительство портов, кана­лов или вскрышные работы), ложатся на землю в виде узкой прямой полосы по направлению ветра, но некоторые мельчайшие частицы мо­гут уноситься на большие расстояния и выпадать с дождем далеко от места взрыва. Хотя общая радиоактивность уменьшается по мере увели­чения расстояния от места взрыва, уже давно было установлено, что некоторые радиоактивные изотопы, имеющие важное биологическое значение, особенно стронций-90, в наибольшем количестве обнаружи­ваются у диких животных на расстоянии 100—150 км от эпицентра взрыва (Нишита и Ларсон, 1957). Это объясняется тем, что у 90Sr есть. два газообразных предшественника (90Кг—>-90Rb—>-90Sr) и он образует­ся относительно нескоро после взрыва бомбы. Поэтому стронций-901 включается в мельчайшие частицы (менее 40 мкм), которые оседают вдали от эпицентра и легче включаются в пищевые цепи. Цезий-137 так­же имеет газообразных предшественников и является существенной со­ставной частью более легко растворимых «дальних осадков».

При взрывах больших мощных «мегатонных» бомб, которые весьма широко испытывались в начале 60-х годов, происходит выброс вещества в стратосферу, что привело к глобальному заражению с выпадением осадков по всему земному шару, которое будет продолжаться еще много .лет. Количество осадков, выпадающих в данной области, примерно про­порционально количеству атмосферных осадков. В Украине, например, к 1975 г. количество накопленного стронция-90 составляло во влажных районах (например, на западе в зоне листопадных лесов) около 80 мКи/км2, а в сухих районах ( степи ) —35 мКи/хм3.

Исследования, проведенные после испытаний ядерного оружия показали, что радиоактивные изотопы, вклю­чающиеся в пищевые цепи в океане, достаточно легко отличаются от включающихся в наземные пищевые цепи. В морских организмах в больших количествах обнаружены те радиоактивные изотопы, которые образуют прочные комплексы с орга­ническими веществами, например кобальт-60, железо-59, цинк-65 и мар-ганец-54 (все эти изотопы порождены нейтронной бомбардировкой), и те, которые присутствуют в виде частиц или коллоидов (144Се, 144Рг, S5Zr и 106Rh). В наземных растениях и животных, напротив, находятбольше всего растворимых продуктов распада, таких, как стронций-90 и цезий-137. Так как именно в морских животных, но не в морских рас­тениях или наземных организмах была обнаружена наведенная актив­ность, накапливающаяся в детрите, можно думать, что это различие связано с преобладанием в пищевых цепях морских экосистем фильтра-торов и организмов, питающихся донными осадками. Это еще один при­мер того, что загрязнения могут миновать первый трофический уровень и включиться непосредственно в те звенья пищевой цепи, которые обра­зованы животными.

Количество радиоактивных изотопов, которые включаются в пище­вые цепи и в конце концов попадают в организм человека, определяет­ся не только тем, сколько их выпало из воздуха (что, как уже отмеча­лось, непосредственно зависит от количества атмосферных осадков), но также структурой экосистемы и природой ее биогеохимических циклов. В общем в малокормных местообитаниях большая доля осадков будет входить в пищевые цепи. В богатой среде высокая скорость обмена и большая запасающая емкость почвы или донных отложений обеспечи­вают такое разбавление осадков, что в растения они попадают в отно­сительно небольшом количестве. Подушковидная растительность тощих почв, такая, как моховые болота, заросли вереска, сообщества на выхо­дах гранита, альпийские луга и тундры действует как ловушка для осадков, ускоряя их потребле­ние животными.

УНИЧТОЖЕНИЕ ОТХОДОВ

Несмотря на всю серьезность проблемы осадков, потенциально ещеболее серьезной является проблема уничтожения отходов, образующих­ся при использовании атомной энергии в мирных целях. Экологическимаспектам уничтожения отходов не уделяется достаточного внимания, а, между тем именно они представляют собой лимитирующий фактор для полного использования атомной энергии. Как утверждают украинские учёные, ядерная энергия «по существу неисчерпаема», но пре­градой на пути к очень широкому получению такой энергии являются, возникающие при этом побочные воздействия на окружающую среду. Это еще одно выражение принципа, сформулированного в гл. 16: челове­ка лимитирует не энергия сама по себе, а последствия загрязнения, по­рождаемого эксплуатацией источников энергии.

Обычно рассматривают три категории радиоактивных отходов:

1. Высокоактивные отходы
. Жидкости или твердые вещества, кото­рые необходимо хранить, так как они слишком опасны, для того чтобы, их можно было выбросить в биосферу. При расщеплении каждой тонны. ядерного горючего образуется около 400 л таких высокоактивных отхо­дов. В 1969 г. в 200 подземных контейнерах на четырех полигонах по атомной энергии США хранилось 300-106 л таких отходов. Ежегодно требуется 60 000 м3 емкостей для новых отходов; эта цифра будет возрастать по мере увеличения производства ядерной энергии. Среди других способов избавления от отходов рассматриваются следую­щие: 1) превращение жидкостей в инертные твердые вещества (кера­мику) для захоронения в глубоких геологических горизонтах; 2) хране­ние жидких и твердых отходов в глубоких соляных шахтах. Проблема осложняется тем, что высокоактивные отходы выделяют большое коли­чество тепла, которое может расплавить стены соляных шахт или вы­звать небольшие землетрясения, если оно выделяется в разломах опре­деленных типов.

2. Низкоактивные отходы
. Жидкости, твердые вещества и газы, об­ладающие очень низкой активностью, но занимающие слишком много места, чтобы хранить их целиком. Поэтому их приходится рассеивать в окружающей среде, но таким образом и в таких количествах, чтобы эта радиоактивность не вызывала ощутимого повышения фона и не кон­центрировалась в пищевых цепях.

3. Отходы с промежуточной активностью
. Их активность достаточно высока, чтобы вызвать местное загрязнение, но достаточно низка, чтобы можно было отделить высокоактивные или долгоживущие компоненты, а с основной массой обращаться как с низкоактивными отходами.

Цикл уранового горючего на электростанциях состоит из следующих фаз: I)добыча и измельчение; 2) очистка (химические реакции);

3) обогащение
(повышение относительного содержания урана-235);

4) изготовление ядерных топливных элементов
;

5) загрузка ядерного топлива в реактор
;

6) регенерация расщепленного горючего
;

7) захоро­нение или другой способ хранения отходов
.

Хотя большая часть радио­активных отходов образуется в реакторе, наиболее трудны те проблемы переработки отходов, с которыми приходится сталкиваться при реге­нерации, когда продукты деления удаляются из отработанных топливных элементов. Регенерационные установки и, места захоронения расположены в разных местах вне собственно атом­ной электростанции. Это означает постоянную опасность аварий, воз­можных при перевозке отработанных элементов или высокоактивных. отходов. Отходы с низкой и промежуточной активностью возникают так­же в непосредственной близости от реактора (особенно при утечках или поломках), а также при добыче и изготовлении топлива. Таким образом,, на всем протяжении цикла существует .постоянная угроза радиоактивно­го загрязнения среды. Чтобы свести эту угрозу к минимуму, около атом­ной станции должны быть отведены обширные участки земли. Необходим, в частности, достаточно обширный участок для захоронения в грунт, так как на каждые 1500 м3 высокоактивных отходов или на 3000 м3 отходов с низкой или промежуточной актив­ностью требуется примерно 0,5 га.

Фиг. 228. Захоронение в грунт высокоактивных жидких отходов.

Показано перемещение в почвах пустыни основных изотопов.

Такие участки должны постоянно находиться под на­блюдением, чтобы исключить возможность заражения по­верхностных и грунтовых вод н воздуха (фиг. 228). Позже мы рассмотрим требования к суше и воде в месте располо­жения атомной станции и пере-' работки ее отходов.

До тех пор пока делящие­ся материалы (уран, торий, плутоний и др.) будут исполь­зоваться в качестве источника энергии, факторами, лимити­рующими использование теоретически «неисчерпаемых» источников атомной энергии, будут оста­ваться большие количества отходов от продуктов деления (те же самые радиоактивные изотопы, которые присутствуют в осадках) плюс следо­вые количества расщепляемых материалов. Будет накапливаться очень много «мегакюри» радиоактивных изотопов с большими периодами по­лураспада. Ожи­дается, что используемые сейчас реакторы в ближайшие 15—20 лет будут заменены реакторами-размножителями, в которых при каталити­ческом сжигании урана-238, тория-232 и, может быть, лития-6 будетпроисходить самовосстановление делящихся материалов. При этом значительно снизятся потребности в горю­чем, но это не решит проблемы уничтожения отходов. Предполагается,что когда-нибудь станет возможным использование энергии синтеза. С продуктами деления тогда было бы покончено, но, увеличилось бы количество веществ с наведенной активностью, в част­ности трития, который мог бы загрязнить гидрологический цикл в гло­бальном масштабе. Паркер (1968) подсчитал, что «если бы все атомные станции работали на реакции термоядерного синтеза, то в результате образовавшегося в энергетике трития доза загрязнения для всего зем­ного шара к 2000 г. достигла бы недопустимого уровня!» Дополнитель­ное обсуждение проблемы радиоактивных отходов.

Если бы радиоактивные отходы не лимитировали использования атомной энергии, то лимитирующим фактором стали бы тепловые отхо­ды или, что более вероятно, сочетание тех и других отходов создавало бы предельные ограничения со стороны загрязнения. То, что сейчас на­зывают тепловым загрязнением, будет „становиться все более серьезной проблемой, так как, согласно второму закону термодинамики, при лю­бом превращении одной формы энергии в другую в качестве побочного продукта образуется бесполезное тепло. Переход от ми­нерального горючего к атомному до некоторой степени уменьшает за­грязнение воздуха, но при этом возрастает загрязнение воды, особенно тепловое. Так, при производстве 1 кВт-ч электроэнергии на тепловой станции тепловые отходы в атмосферу и в воду, используемую для ох­лаждения, составляют соответственно 400 и 135 искал, а на современной

атомной электростанции — 130 и 1900 ккал. Таким образом, атомная электростанция средних размеров, производящая 3000 МВт электроэнер­гии, производит также тепловые отходы с интенсивностью свыше 5-Ю9 ккал/ч.

Охлаждающая способность поверхности воды варьирует в зависи­мости от ветра и температуры воды от 7 до 36 ккал в 1 ч на 1 м2 на каждый градус (1 °С) разницы между температурой воды и воздуха. Следовательно, для рассеяния тепла требуется большая водная поверх­ность, что-то порядка 0,6 га на 1 МВт в местностях с умеренным клима­том, или 1800 га на электростанцию мощностью 3000 МВт. В одном отчете1 в 1970 г. рекомендовалось каждой атомной электростанции мощ­ностью 2400 МВт отводить 450 га для самой станции и хранения радио­активных отходов и около 3000 га водной поверхности для охлаждения. Соответственно если выбрать второй вариант стратегии уничтожения от­ходов, то для каждой электростанции умеренных раз­меров придется отвести площадь минимум 4000 га. Это соответствует концепции зоны переработки отходов (фиг. 219) и предусматривает ис­пользование тепловых отходов для разведения рыбы или для других полезных целей.

Применение мощных охлаждающих устройств, таких, как градирни, позволило бы сократить необходимое пространство, но довольно дорогой ценой, так как это означало бы выбор дорогостоящего третьего варианта стратегии уничтожения отходов. Как и в отношении других отходов, всегда кажется заманчивым использовать для охлаждения океаны, но отчет другой специальной группы2 предостерегает, что океаны нельзя больше рассматривать как свалку для всех порожденных человеком от­ходов. Хотя почти все предсказывают, что проблема локального тепло­вого загрязнения будет все более обостряться, мнения относительно era конечного влияния на глобальный тепловой баланс расходятся.

Локальные вредные воздействия теплового загрязнения на водные экосистемы таковы:

1)повышение температуры воды часто усиливает восприимчивость организмов к токсичным веществам (которые, несом­ненно, должны присутствовать в загрязненной воде);

2) температура может превысить критические величины для «степотермных» стадий жизненных циклов;

3) высокая температура благоприят­ствует замене популяций обычной флоры водорослей менее желатель­ными сине-зелеными;

4) при повышении температуры воды животным нужно больше кислорода, а в теплой воде его содержа­ние понижено.

БУДУЩЕЕ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ

В этой краткой лекции мы пытались показать, что проблемы радио­активного и теплового загрязнения окружающей среды, связанного с использованием ядерной энергии, будут углублять и так уже серьезные ограничения, накладываемые разного рода загрязнениями на дальнейшее развитие «индустриализованного» человека. Вместе с тем мы отме­тили и те необычайно привлекательные возможности, которые дает ис­следователю метод радиоактивных изотопов. До настоящего времени радиационная экология занималась преимущественно описанием и раз­работкой методик, но теперь настало время, когда ей следует внести свой вклад, и притом значительный, в теорию экосистем. Радиационные методы предлагают .мощные средства для решения двух основных про­блем экосистемы; о связи однонаправленного потока энергии с круго­воротом веществ и о взаимодействии физических и биологических .фак­торов в регулировании экосистемы. Только при глубоком понимании всех этих вопросов человек сможет сам обнаруживать собственные) ошибки и исправлять все те нарушения в системах жизнеобеспечения, которые вносит в биосферу безудержное развитие техники. В не слишком далеком будущем радиоэколог, вероятно, будет участвовать в решении вопросов о том, когда сохранять, а когда рассеи­вать отходы атомной эпохи. Ведь кому же, как не экологу, знать, чего можно ожидать в биологической среде обитания!