VI группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (кислород, сера)

VI группа главная подгруппа периодической таблицы Менделеева (кислород, сера) Кислород

Определение серы, углерода, азота и кислорода в сплавах на основе меди

dx.doi.org/ 10.18577/2307-6046-2021-0-11-112-119

УДК 669.018.44:669.35

А. В. Алексеев, Т. Н. Пахомкина, Ю. В. Лапшина

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕРЫ, УГЛЕРОДА, АЗОТА И КИСЛОРОДА В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ МЕДИ

Проведено определение газообразующих примесей в образцах из низколегированных медных сплавов систем CuCr и CuCrZr.Содержания серы и углерода определены методом сжигания в индукционной печи газоанализатора с последующим детектированием в инфракрасной ячейке спектрометра. Для определения кислорода и азота использовали метод восстановительного плавления в токе инертного газа-носителя с последующим детектированием кислорода в инфракрасной ячейке, а азота в кондуктометрической ячейке газоанализатора.

Ключевые слова: жаропрочные сплавы, медные сплавы, определение серы, определение углерода, определение азота, определение кислорода, метод инфракрасно-абсорбционной спектроскопии, superalloys, copper alloys, sulfur determination, carbon determination, nitrogen determination, oxygen determination, infrared absorption spectroscopy method.

Введение

Современная авиационная промышленность требует применения совершенно новых материалов, обладающих уникальными свойствами. Значительную часть таких материалов составляют жаропрочные (в основном на основе никеля) сплавы, позволяющие узлам и деталям газотурбинных двигателей работать и сохранять свои характеристики при экстремально высоких температурах (близких к 1000 °С) [1–4].

В настоящее время также активно применяют жаропрочные бронзы – низколегированные медные сплавы различного состава. Такие сплавы обладают высокими коррозионной стойкостью, прочностью, упругостью и пластичностью, а также тепло- и электропроводностью, технологичностью при литье, пластической деформации, сварке, пайке и механической обработке. Максимальной жаропрочностью (до 500–550 °С) для медных материалов характеризуются низколегированные бронзы на основе систем Cu–Cr, Cu–Zr и Cu–Cr–Zr, при этом они сохраняют повышенные показатели тепло- и электропроводности, характерные для меди, благодаря чему данные материалы часто используют для контактной сварки и для машин сварки сопротивлением (такие типы сварки активно используют в авиационной промышленности). Из данных сплавов изготавливают катализаторы, теплообменники, коллекторные пластины, токопроводящие пружины и контакты [5–7].

Следует отметить, что в НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ в разное время проводили исследования по разработке различных бериллийсодержащих медных сплавов. Например, разработаны сплав марки ВБр-1 системы Cu–Co–Ni–Be–Ti, характеризующийся высокими прочностью, тепло- и электропроводностью, а также припой на основе системы Cu–Be, позволяющий заменить серебряные припои, применяемые для изготовления различных контрольно-измерительных приборов [8].

Основные характеристики медных сплавов напрямую зависят от их химического состава, а также от содержания газообразующих примесей, таких как азот, кислород, углерод и сера. Таким образом, выпуск качественных материалов не представляется возможным без точного контроля содержаний данных примесей в сплавах [9].

Классическим методом титриметрии возможно определить серу в меди в диапазоне от 0,001 до 0,020 % (по массе). Для этого навеску анализируемого образца полностью сжигают в токе кислорода при температуре 1200 °С. Далее образовавшийся диоксид серы поглощается водным раствором крахмала, после чего полученную сернистую кислоту титруют раствором йода. Точку эквивалентности устанавливают по изменению окраски раствора с бесцветного на синий [10].

Углерод в различных материалах определяют кулонометрическим методом в диапазоне от 0,002 до 2,000 % (по массе). Навеску образца сжигают в токе кислорода в присутствии катализатора (плавень) при температуре 1300–1400 °С. Диоксид углерода поглощается специальным поглотительным раствором (чаще всего используют водный раствор щелочи) с известным первоначальным значением рН. Затем с помощью установки кулонометрического титрования измеряют количество электричества, затраченного для восстановления исходного значения рН, которое пропорционально содержанию углерода в навеске пробы [11].

Для определения кислорода в меди (в диапазоне от 0,01 до 0,15 % (по массе)) используют металлографический метод, основанный на сравнении под микроскопом шлифов, изготовленных из образцов из литой или деформированной меди, с эталонными микрофотографиями [12].

Содержание азота определяют спектрофотометрическим методом. Пробу растворяют в кислотах, далее образующиеся аммонийные соли взаимодействуют с гидроксидом натрия. Выделившийся аммиак конденсируется, и его содержание определяют в спектрофотометре с применением реактива Несслера [13].

Однако данные методики чрезвычайно трудоемки, длительны и требуют использования большого количества различных реактивов и оборудования. В настоящее время для определения серы и углерода в различных объектах применяют метод сжигания навески пробы в индукционной печи газоанализатора с последующим детектированием в инфракрасной ячейке спектрометра, а для определения азота и кислорода используют восстановительное плавление в вакууме или в потоке инертного газа-носителя (под методами принято понимать общие принципы и тип оборудования, которое используется для анализа независимо от вида пробы, а методикой является точное описание последовательности действий для анализа конкретного объекта). Данные методы значительно упрощают процесс анализа и позволяют получать точные результаты в широких диапазонах определяемых концентраций. Кроме того, при проведении анализа данными методами необходимо выполнить подбор катализаторов, ускоряющих процесс горения пробы, и, таким образом, повысить аналитический сигнал (сигнал прибора, значение которого прямо пропорционально содержанию определяемых элементов в пробе) [14, 15].

Цель данной работы – подбор составов катализатора и массы навески пробы для определения серы, углерода, кислорода и азота в медных сплавах систем Cu–Cr и Cu–Cr–Zr методом сжигания навески пробы в индукционной печи газоанализатора с последующим детектированием в инфракрасной ячейке спектрометра.

Материалы и методы

Анализ медных сплавов систем Cu–Cr и Cu–Cr–Zr на содержание серы и углерода проводили с помощью газоанализатора. В инфракрасной ячейке формировался аналитический сигнал (пары оксидов серы и углерода попадали в ячейку, где в инфракрасной области спектра происходило поглощение части излучения; далее рассчитывали оптическую плотность, являющуюся аналитическим сигналом), который прямо пропорционально зависит от концентраций серы и углерода. Для максимизации данного сигнала, а также для стабильности работы прибора выполняли предварительную настройку прибора: выбраны такие параметры, как время задержки сигнала, мощность печи, уровень компаратора и время продувки прибора перед анализом.

Пробу сплава сжигали в керамическом тигле, который предварительно нагревали при температуре >1000 °С в муфельной печи для уменьшения фонового сигнала от остаточных содержаний серы и углерода. Перед проведением анализа тигли помещали в эксикатор и вынимали только непосредственно перед помещением в прибор – для максимального уменьшения времени нахождения тигля на открытом воздухе.

Следует также учитывать содержания серы и углерода в катализаторах и стараться использовать катализатор с минимальными концентрациями определяемых элементов, предварительно осуществив «холостой» анализ (пробы с катализатором, но без образца). Для проведения анализа использовали катализаторы (плавни), которые не содержали определяемых примесей.

При выполнении работы установлена возможность использования следующих катализаторов: оксид ванадия (V2O5), медная стружка (Cu), вольфрам с оловом (LECOCELIIHP 502-173) и никель (NiBASKETS 502-344) [14].

Анализ медных сплавов систем Cu–Cr и Cu–Cr–Zr на содержание кислорода и азота проводили с помощью газоанализатора TC-600. Нагрев образца происходил в индукционной печи, в результате чего кислород, присутствующий в материале проб, вступал в реакцию с углеродом графитового тигля с образованием оксида углерода, содержание которого при попадании в инфракрасную ячейку определяли по описанному ранее принципу. Для достижения максимума аналитического сигнала и стабилизации его значения выбраны такие параметры, как время задержки сигнала, мощность печи, цикл дегазирования, уровень компаратора, ток дегазирования, задержка интегрирования и время продувки прибора перед анализом.

Для успешного определения азота и кислорода, как и в случае с анализом на содержание серы и углерода, необходимо выполнить подбор катализатора, обеспечивающего полноту сгорания и выделения искомых элементов [15].

Для анализа выбраны по два экспериментальных образца (с маркировкой проб 1 и 2) из медных сплавов систем Cu–Cr и Cu–Cr–Zr.

Результаты и обсуждение

Определение серы и углерода в медном сплаве системы CuCr

Результаты определения серы и углерода в двух образцах из медного сплава системы Cu–Cr представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты определения содержаний серы и углерода в медном сплаве системы CuCr

с использованием различных типов катализаторов

Катализатор

Навеска, г

Содержание элементов, % (по массе)

серы

углерода

с маркировкой пробы

1

2

1

2

1

2

Без

катализатора

0,108

0,111

Нет сигнала*

Нет сигнала

Нет сигнала

Нет сигнала

0,232

0,241

0,304

0,308

0,410

0,417

0,503

0,504

0,600

0,621

Cu

0,108

0,103

0,0032

0,0030

0,208

0,212

0,0030

0,0035

0,305

0,304

0,0029

0,0033

0,417

0,411

0,0034

0,0033

0,517

0,513

0,0032

0,0035

0,610

0,600

0,0033

0,0034

Среднее значение

0,0032

0,0033

V2O5

0,113

0,111

0,0026

0,0024

0,202

0,213

0,0027

0,0023

0,305

0,315

0,0028

0,0022

0,414

0,406

0,0021

0,0022

0,511

0,510

0,0024

0,0021

0,611

0,608

0,0021

0,0023

Среднее значение

0,0021

0,0023

LECOCELIIHP

502-173

0,106

0,114

0,0043

0,0043

0,028

0,026

0,213

0,204

0,0043

0,0045

0,027

0,027

0,317

0,312

0,0045

0,0044

0,028

0,027

0,403

0,404

0,0044

0,0045

0,028

0,028

0,512

0,501

0,0045

0,0043

0,027

0,028

0,622

0,621

0,0042

0,0044

0,029

0,026

Среднее значение

0,0044

0,0044

0,028

0,027

NiBASKETS

502-344

0,106

0,118

0,0038

0,0035

0,013

0,010

0,213

0,211

0,0037

0,0038

0,010

0,011

0,302

0,304

0,0039

0,0033

0,010

0,010

0,414

0,416

0,0038

0,0031

0,015

0,009

0,513

0,514

0,0038

0,0030

0,017

0,015

0,605

0,602

0,0036

0,0030

0,013

0,010

Среднее значение

0,0038

0,0033

0,013

0,011

* Обозначает отсутствие аналитического сигнала прибора вследствие неполного сгорания пробы в тигле.

Из результатов анализа, представленных в табл. 1, следует, что без использования катализатора сжигание образца происходит не в полном объеме и, как следствие, сера и углерод не выделяются. При использовании Cu и оксида V2O5 в качестве катализатора происходит выделение только серы, а углерод не выделяется, что также недопустимо. В присутствии двух других катализаторов выделяются оба определяемых элемента, однако содержаний серы и кислорода при использовании катализатора LECOCELIIHP 502-173 больше, чем при использовании NiBASKETS 502-344, что свидетельствует о полном извлечении серы и углерода из проб и, как следствие, о точном определении искомых элементов. Значения содержаний серы и углерода для разных масс навески совпадают, что также свидетельствует о предпочтительном использовании в качестве катализатора вольфрама с оловом. При этом следует учитывать, что такие катализаторы содержат минимальные количества углерода и серы и что использование «холостой» пробы полностью исключает вклад содержащихся в катализаторах примесей в конечные результаты анализа.

Таким образом, установлено, что при определении серы и углерода в медном сплаве системы Cu–Cr необходимо использовать катализатор LECOCELIIHP 502-173.

Определение углерода и серы в медном сплаве системы CuCrZr

Результаты определения серы и углерода в двух образцах из медного сплава системы CuCrZr представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты определения содержаний серы и углерода в медном сплаве

системы Cu–Cr–Zr с использованием различных типов катализаторов

Катализатор

Навеска, г

Содержание элементов, % (по массе)

серы

углерода

с маркировкой пробы

1

2

1

2

1

2

Без

катализатора

0,113

0,125

Нет сигнала*

Нет сигнала

Нет сигнала

Нет сигнала

0,213

0,210

0,317

0,318

0,421

0,410

0,507

0,508

0,617

0,606

Cu

0,102

0,123

0,0011

0,0015

0,204

0,218

0,0010

0,0020

0,320

0,301

0,0010

0,0023

0,403

0,402

0,0012

0,0022

0,514

0,518

0,0021

0,0020

0,600

0,601

0,0012

0,0013

Среднее значение

0,0013

0,0019

V2O5

0,104

0,110

0,0005

0,0015

0,211

0,217

0,0006

0,0011

0,304

0,321

0,0014

0,0018

0,401

0,414

0,0015

0,0019

0,524

0,511

0,0011

0,0021

0,611

0,608

0,0010

0,0022

Среднее значение

0,0010

0,0018

LECOCELIIHP

502-173

0,102

0,110

0,0055

0,0054

0,044

0,042

0,204

0,207

0,0055

0,0053

0,041

0,042

0,311

0,303

0,0053

0,0053

0,041

0,044

0,412

0,414

0,0054

0,0055

0,042

0,042

0,533

0,521

0,0055

0,0055

0,043

0,043

0,600

0,613

0,0055

0,0054

0,042

0,043

Среднее значение

0,0055

0,0054

0,042

0,043

NiBASKETS

502-344 

0,110

0,103

0,0025

0,0025

0,028

0,029

0,211

0,217

0,0021

0,0028

0,022

0,025

0,304

0,321

0,0023

0,0029

0,025

0,028

0,403

0,415

0,0024

0,0020

0,028

0,029

0,501

0,518

0,0021

0,0021

0,022

0,024

0,617

0,602

0,0025

0,0025

0,024

0,024

Среднее значение

0,0023

0,0025

0,025

0,027

* Обозначает отсутствие аналитического сигнала прибора вследствие неполного сгорания пробы в тигле.

При определении серы и углерода в сплаве системы Cu–Cr–Zr, как и для анализа сплава системы Cu–Cr, наиболее подходящим катализатором является LECOCELIIHP 502-173.

Определение азота и кислорода в медном сплаве системы CuCr

Результаты определения азота и кислорода в двух образцах из медного сплава системы Cu–Cr представлены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты определения содержаний серы и углерода в медном сплаве системы Cu–Cr

с использованием различных типов катализаторов

Катализатор

Навеска, г

Содержание элементов, % (по массе)

серы

углерода

с маркировкой пробы

1

2

1

2

1

2

Без

катализатора

0,136

0,130

Нет сигнала*

Нет сигнала

Нет сигнала

Нет сигнала

0,206

0,206

0,348

0,342

0,434

0,421

0,570

0,508

0,624

0,625

NiBASKETS

502-344

0,112

0,100

0,0064

0,0064

0,0094

0,0092

0,214

0,275

0,0065

0,0063

0,0091

0,0092

0,329

0,348

0,0063

0,0063

0,0091

0,0094

0,411

0,414

0,0064

0,0065

0,0092

0,0092

0,522

0,528

0,0065

0,0065

0,0093

0,0093

0,612

0,613

0,0065

0,0064

0,0092

0,0093

Среднее значение

0,0064

0,0064

0,0092

0,0093

LECOCELIIHP

502-173

0,105

0,117

0,0013

0,0025

0,0058

0,0023

0,211

0,217

0,0021

0,0038

0,0022

0,0020

0,318

0,320

0,0023

0,0029

0,0025

0,0034

0,421

0,414

0,0034

0,0020

0,0028

0,0022

0,516

0,518

0,0031

0,0021

0,0022

0,0017

0,601

0,600

0,0035

0,0025

0,0054

0,0013

Среднее значение

0,0026

0,0026

0,0035

0,0022

* Обозначает отсутствие аналитического сигнала прибора вследствие неполного сгорания пробы в тигле.

Из данных, представленных в табл. 3, видно, что без использования катализатора сжигание образца происходит не в полном объеме и, как следствие, азот и кислород не выделяются. В присутствии катализатора LECOCELIIHP 502-173 выделяются оба определяемых элемента, однако содержаний азота и кислорода при использовании катализатора NiBASKETS 502-344 больше, а разброс полученных значений меньше, что свидетельствует о полном извлечении азота и кислорода из проб и, как следствие, о точном определении искомых элементов. Значения содержаний азота и кислорода для разных масс навески совпадают, что также свидетельствует о предпочтительном использовании никеля в качестве катализатора.

Таким образом, установлено что, при определении азота и кислорода в сплаве системы Cu–Cr необходимо использовать катализатор NiBASKETS 502-344.

Определение азота и кислорода в медном сплаве системы CuCrZr

Результаты определения азота и кислорода в двух образцах из медного сплава системы Cu–Cr–Zr представлены в табл. 4.

При определении азота и кислорода в сплаве системы Cu–Cr–Zr, как и для анализа сплава системы Cu–Cr, наиболее подходящим катализатором является NiBASKETS 502-344.

Таблица 4

Результаты определения содержаний серы и углерода в медном сплаве

системы Cu–Cr–Zr с использованием различных типов катализаторов

Катализатор

Навеска, г

Содержание элементов, % (по массе)

серы

углерода

с маркировкой пробы

1

2

1

2

1

2

Без

катализатора

0,105

0,111

Нет сигнала*

Нет сигнала

Нет сигнала

Нет сигнала

0,220

0,214

0,313

0,332

0,420

0,432

0,527

0,514

0,600

0,611

NiBASKETS

502-344

0,113

0,111

0,0084

0,0084

0,0094

0,0092

0,215

0,204

0,0085

0,0083

0,0091

0,0092

0,325

0,303

0,0083

0,0083

0,0091

0,0094

0,418

0,402

0,0084

0,0085

0,0092

0,0092

0,520

0,518

0,0085

0,0085

0,0093

0,0093

0,619

0,601

0,0085

0,0084

0,0092

0,0093

Среднее значение

0,0084

0,0084

0,0092

0,0093

LECOCELIIHP

502-173

0,102

0,112

0,0017

0,0015

0,0028

0,0033

0,211

0,211

0,0035

0,0038

0,0017

0,0034

0,318

0,320

0,0030

0,0029

0,0033

0,0058

0,424

0,414

0,0014

0,0020

0,0024

0,0029

0,513

0,515

0,0031

0,0041

0,0033

0,0024

0,602

0,603

0,0035

0,0045

0,0055

0,0057

Среднее значение

0,0027

0,0031

0,0032

0,0039

* Обозначает отсутствие аналитического сигнала прибора вследствие неполного сгорания пробы в тигле.

Пределы обнаружения серы, углерода, азота и кислорода

в медных сплавах систем CuCr и CuCrZr

В медных сплавах систем Cu–Cr и Cu–Cr–Zr пределы обнаружения для элементов следующие, % (по массе): 0,00020 для серы (0,00003 для прибора); 0,00110 для углерода (0,00003 для прибора); 0,00130 для азота (0,00005 для прибора); 0,00180 кислорода (0,00003 для прибора).

Заключения

На основании проведенной работы можно сделать следующие выводы:

—     в ходе исследования выполнен анализ научно-технической литературы по проблеме определения газообразующих примесей (серы, углерода, кислорода и азота) в сплавах на медной основе, в результате которого выбран наиболее подходящий метод анализа – сжигание пробы в индукционной печи газоанализатора с последующим определением элементов в инфракрасной и кондуктометрической ячейках;

—     исходя из специфических характеристик (высокая электро- и теплопроводность в сочетании с жаростойкостью) анализируемых медных сплавов систем Cu–Cr и Cu–Cr–Zr подобраны соответствующие параметры настройки газоанализаторов для определения серы, углерода, азота и кислорода;

—     проведен сравнительный анализ медных сплавов систем Cu–Cr и Cu–Cr–Zr с использованием различных типов катализаторов, по результатам которого выбраны наиболее эффективные: для определения серы и углерода – катализатор LECOCELIIHP 502-173, для определения азота и кислорода – катализатор NiBASKETS 502-344.

ЛИТЕРАТУРАREFERENCE LIST

1. Каблов Е.Н., Сидоров В.В., Каблов Д.Е., Мин П.Г. Металлургические основы обеспечения высокого качества монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2022. № S. C. 55–71. DOI: 10.18577/2071-9140-2022-0-S-55-71.
2. Трофименко Н.Н., Ефимочкин И.Ю., Большакова А.Н. Проблемы создания и перспективы использования жаропрочных высокоэнтропийных сплавов // Авиационные материалы и технологии. 2022. № 2 (51). C. 3–8. DOI: 10.18577/2071-9140-2022-0-2-3-8.
3. Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б. Развитие технологии направленной кристаллизации литейных высокожаропрочных сплавов с переменным управляемым температурным градиентом // Авиационные материалы и технологии. 2022. № S. C. 24–38. DOI: 10.18577/2071-9140-2022-0-S-24-38.
4. Ломберг Б.С., Овсепян С.В., Бакрадзе М.М., Летников М.Н., Мазалов И.С. Применение новых деформируемых никелевых сплавов для перспективных газотурбинных двигателей // Авиационные материалы и технологии. 2022. № S. С. 116–129. DOI: 10.18577/2071-9140-2022-0-S-116-129.
5. Тен Э.Б., Бадмажапов И.Б. Основы разработки многофункциональных жаропрочных медных сплавов // Металлургия машиностроения. 2009. № 6. C. 21–24.
6. Ловшенко Ф.Г., Ловшенко Г.Ф., Лозиков И.А. Литые хромсодержащие бронзы, получаемые с применением механически легированных лигатур // Литье и металлургия. 2022. № 3. C. 131–135.
7. Бусыгин С.Л., Довженко Н.Н., Можаев А.В., Демченко А.И., Безруких А.А. Электроды из низколегированного наноструктурированными частицами хрома сплава меди для контактной точечной сварки // Инновации и инвестиции. 2020. № 5. C. 174–178.
8. Тебякин А.В., Фоканов А.Н., Подуражная В.Ф. Многофункциональные медные сплавы // Труды ВИАМ. 2022. № 12 (48). Ст. 05. URL: http://www.lifeo2.ru (дата обращения: 08.06.2021). DOI: 10.18557/2307-6046-2022-0-12-5-5.
9. Каблов Е.Н., Чабина Е.Б., Морозов Г.А., Муравская Н.П. Оценка соответствия новых материалов с использованием СО и МИ высокого уровня // Компетентность. 2022. № 2. C. 40–46.
10. ГОСТ 13938.2–78. Медь. Методы определения серы. М.: Изд-во стандартов, 1978. С. 2–5.
11. ГОСТ 12344–2003. Стали легированные и высоколегированные. Методы определения углерода. М.: Изд-во стандартов, 2003. С. 4–5.
12. ГОСТ 13938.13–93. Медь. Методы определения кислорода. М.: Изд-во стандартов, 1993. С. 7–20.
13. ГОСТ 12359–99. Стали углеродистые, легированные и высоколегированные. Методы определения азота. Минск: Изд-во стандартов, 1999. С. 3.
14. ASTME E1019-11. Standard Test Methods for Determination of Carbon, Sulfur, Nitrogen, and Oxygen in Steel, Iron, Nickel, and Cobalt Alloys by Various Combustion and Fusion Techniques. ASTM International. United States, 2022. P. 24.
15. Алексеев А.В., Растегаева Г.Ю., Пахомкина Т.Н., Размахов М.Г. Определение серы, углерода, азота и кислорода в сплавах систем Ce–Fe–Co–B и Gd–Fe–Co–B // Труды ВИАМ. 2022. № 8 (80). Ст. 10. URL: http://www.lifeo2.ru (дата обращения: 12.07.2021). DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-8-90-97.

1. Kablov E.N., Sidorov V.V., Kablov D.E., Min P.G. The metallurgical fundamentals for high quality maintenance of single crystal heat-resistant nickel alloys. Aviacionnye materialy i tehnologii, 2022, no. S, pp. 55–71. DOI: 10.18577/2071-9140-2022-0-S-55-71.
2. Trofimenko N.N., Efimochkin I.Yu., Bolshakova A.N. Problems of creation and prospects for the use of heat-resistant high-entropy alloys. Aviacionnye materialy i tehnologii, 2022, no. 2 (51), pp. 3–8. DOI: 10.18577/2071-9140-2022-0-2-3-8.
3. Kablov E.N., Bondarenko Yu.A., Echin A.B. Development of technology of cast superalloys directional solidification with variable controlled temperature gradient. Aviacionnye materialy i tehnologii, 2022, no. S, pp. 24–38. DOI: 10.18577/2071-9140-2022-0-S-24-38.
4. Lomberg B.S., Ovsepjan S.V., Bakradze M.M., Letnikov M.N., Mazalov I.S. The application of new wrought nickel alloys for advanced gas turbine engines. Aviacionnye materialy i tehnologii, 2022, no. S, pp. 116–129. DOI: 10.18577/2071-9140-2022-0-S-116-129.
5. Ten E.B., Badmazhapov I.B. Fundamentals of development of multifunctional heat-resistant copper alloys. Metallurgiya mashinostroyeniya, 2009, no. 6, pp. 21–24.
6. Lovshenko F.G., Lovshenko G.F., Lozikov I.A. Cast chromium-containing bronzes obtained with the use of mechanically alloyed ligatures. Litye i metallurgiya, 2022, no. 3, pp. 131–135.
7. Busygin S.L., Dovzhenko N.N., Mozhaev A.V., Demchenko A.I., Bezrukikh A.A. Electrodes from copper alloy low-alloyed with nanostructured chromium particles for resistance spot welding. Innovatsii i investitsii, 2020, no. 5, pp. 174–178.
8. Tebyakin A.V., Fokanov A.N., Podurazhnaya V.F. Multipurpose copper alloys. Trudy VIAM, 2022, no. 12, paper no. 05. Available at: http://www.lifeo2.ru (accessed: June 8, 2021). DOI: 10.18557/2307-6046-2022-0-12-5-5.
9. Kablov E.N., Chabina E.B., Morozov G.A., Muravskaya N.P. Conformity assessment of new materials using high-level CRM and MI. Kompetentnost, 2022, no. 2, pp. 40–46.
10. State Standard 13938.2–78. Copper. Methods for the determination of sulfur. Moscow: Publishing house of standards, 1978, pp. 2–5.
11. State Standard 12344–2003. Alloyed and high-alloyed steels. Methods for the determination of carbon. Moscow: Publishing house of standards, 2003, pp. 4–5.
12. State Standard 13938.13–93. Copper. Methods for the determination of oxygen. Moscow: Publishing house of standards, 1993, pp. 7–20.
13. State Standard 12359–99. Carbon steels, alloyed and high-alloyed. Methods for the determination of nitrogen. Minsk: Publishing house of standards, 1999, p. 3.
14. ASTME E1019-11. Standard Test Methods for Determination of Carbon, Sulfur, Nitrogen, and Oxygen in Steel, Iron, Nickel, and Cobalt Alloys by Various Combustion and Fusion Techniques. ASTM International. United States, 2022, p. 24.
15. Alekseev A.V., Rastegaeva G.Yu., Pakhomkina T.N., Razmakhov M.G. Determination sulfur, carbon, nitrogen and oxygen in alloys of system Co–Fe–Co–B and Gd–Fe–Co–B. Trudy VIAM, 2022, No. 8 (80), paper no. 10. Available at: http://www.lifeo2.ru (accessed: July 12, 2021). DOI: 10.18557/2307-6046-2022-0-8-90-97.

Круговороты воды, углерода, кислорода, азота, фосфора и серы

Круговорот воды относится к большому (геологическому), а круговороты биогенных элементов (углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и др.) – к малому (биогеохимическому) круговороту.

Круговорот воды.Он осуществляется между сушей и океаном через атмосферу. Вода испаряется с поверхности Мирового океана и либо переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока, либо выпадает в виде осадков на поверхность океана. В круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды. Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле весь запас воды на Земле расходуется и восстанавливается за 2 млн лет.

Круговорот углерода. Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы и переводят его в органические вещества, консументы поглощают углерод в виде органических веществ с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуценты минерализуют органические вещества и возвращают углерод в атмосферу в виде углекислого газа. В Мировом океане круговорот углерода усложнен тем, что часть углерода, содержащегося в мертвых организмах, опускается на дно и накапливается в осадочных породах. Эта часть углерода выключается из биологического круговорота и поступает в геологический круговорот веществ.

Главным резервуаром биологически связанного углерода являются леса, они содержат до 500 млрд т этого элемента, что составляет 2/3 его запаса в атмосфере [3]. Вмешательство человека в круговорот углерода (сжигание угля, нефти, газа, дегумификация) приводит к возрастанию содержания СО2 в атмосфере и развитию парникового эффекта. Скорость круговорота СО2, т.е. время, за которое весь углекислый газ атмосферы проходит через живое вещество, составляет около 300 лет.

Круговорот кислорода. Главным образом круговорот кислорода происходит между атмосферой и живыми организмами. В основном свободный кислород (О2) поступает в атмосферу в результате фотосинтеза зеленых растений, а потребляется в процессе дыхания животными, растениями и микроорганизмами и при минерализации органических остатков. Незначительное количество кислорода образуется из воды и озона под воздействием ультрафиолетовой радиации. Большое количество кислорода расходуется на окислительные процессы в земной коре, при извержении вулканов и т.д. Основная доля кислорода продуцируется растениями суши – почти 3/4, остальная часть – фотосинтезирующими организмами Мирового океана. Скорость круговорота – около 2 тыс. лет. Установлено, что на промышленные и бытовые нужды ежегодно расходуется 23 % кислорода, который образуется в процессе фотосинтеза, и эта цифра постоянно возрастает.

Круговорот азота. Запас азота (N2) в атмосфере огромен (78 % от ее объема). Однако растения могут поглощать азот только в связанной форме, в основном в виде NН4 или NО3. Свободный азот из атмосферы связывают азотфиксирующие бактерии и переводят его в доступные растениям формы. В растениях азот закрепляется в органическом веществе (в белках, нуклеиновых кислотах и пр.) и передается по цепям питания. После отмирания живых организмов редуценты минерализуют органические вещества и превращают их в аммонийные соединения, нитраты, нитриты, а также в свободный азот, который возвращается в атмосферу.

Нитраты и нитриты хорошо растворимы в воде и могут мигрировать в подземные воды и растения и передаваться по пищевым цепям. Если их количество слишком велико, что часто наблюдается при неправильном применении азотных удобрений, то происходит загрязнение вод и продуктов питания, а это, в свою очередь, вызывает заболевания человека.

Круговорот фосфора. Основная масса фосфора содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот фосфор включается в результате процессов выветривания горных пород. В наземных экосистемах растения извлекают фосфор из почвы (в основном в форме РО43–) и включают его в состав органических соединений (белков, нуклеиновых кислот, фосфолипидов и др.) или оставляют в неорганической форме. Далее фосфор передается по цепям питания. После отмирания живых организмов и с их выделениями фосфор возвращается в почву.

При неправильном применении фосфорных удобрений, водной и ветровой эрозии почв большие количества фосфора удаляются из почвы. С одной стороны, это приводит к перерасходу фосфорных удобрений и истощению запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов и др.). С другой стороны, в результате поступления из почвы в водоемы больших количеств таких биогенных элементов, как фосфор, азот и сера происходит эвтрофикацияводоемов – обогащение водоема биогенами, стимулирующее рост фитопланктона («цветение» воды). Но большая часть фосфора уносится в море. В водных экосистемах фосфор усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до морских птиц. Их экскременты (гуано) либо сразу попадают назад в море, либо сначала накапливаются на берегу, а затем все равно смываются в море. Из отмирающих морских животных, особенно рыб, фосфор снова попадает в море и в круговорот, но часть скелетов рыб достигает больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы, т.е. выключается из биогеохимического круговорота.

Круговорот серы. Основной резервный фонд серы находится в отложениях и почве, но, в отличие от фосфора, имеется резервный фонд и в атмосфере. Главная роль в вовлечении серы в биогеохимический круговорот принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие – окислители.

В горных породах сера встречается в виде сульфидов (FeS2 и др.), в растворах – в форме сульфат-иона (SО42–), в газообразной фазе – в виде сероводорода (Н2S) или сернистого газа (SО2). В некоторых организмах сера накапливается в чистом виде (S) и при их отмирании на дне морей образуются залежи самородной серы.

По содержанию в морской среде сульфат-ион занимает второе место после хлора и является основной доступной формой серы, которая потребляется автотрофами и включается в состав белков.

В наземных экосистемах сера поступает в растения из почвы в основном в виде сульфатов. В живых организмах сера содержится в белках, в виде ионов и т.д. После гибели живых организмов часть серы восстанавливается в почве микроорганизмами до Н2S, другая часть окисляется до сульфатов и вновь включается в круговорот. Образовавшийся сероводород улетучивается в атмосферу, там окисляется и возвращается в почву с осадками.

Сжигание человеком ископаемого топлива (особенно угля), а также выбросы химической промышленности приводят к накоплению в атмосфере сернистого газа, который, реагируя с парами воды, выпадает на землю в виде кислотных дождей.

Биогеохимические циклы не столь масштабны, как геологические, и в значительной степени подвержены влиянию человека. Хозяйственная деятельность нарушает их замкнутость.

§

Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биологическая регуляция окружающей среды – закономерный результат эволюции биосферы. Эволюция биосферы состоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготавливала возникновение жизни, и собственно биологической эволюции. Согласно сложившимся представлениям последовательность основных этапов такова [1, 2]:

Добиотическая эволюция:

1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад). Первичная атмосфера имела высокую температуру, была резко восстановительной и содержала водород, азот, пары воды, метан, аммиак, инертные газы, возможно, диоксид углерода, цианистый водород, формальдегид и другие простые соединения.

2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере за счетее постепенного остывания и энергии солнечного излучения. Появляется жидкая вода, формируется гидросфера, круговорот воды, водная миграция элементов и многофазные химические реакции в растворах. Благодаря автокатализу происходит образование и рост молекул.

3. Образование органических соединений в процессах конденсации иполимеризации простых соединений углерода, азота, водорода, кислорода за счет энергии ультрафиолетового излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических импульсов. Аккумуляция лучистой энергии в органических веществах в результате фотохимических реакций.

4. Возникновение круговорота органических соединений углерода,включающего реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительновосстановительные реакции. Дальнейшее усложнение органических веществ и появление устойчивых комплексов макромолекул, обладающих способностью к редупликации; возникновение молекулярных систем самовоспроизведения.

Биотическая эволюция:

5. Возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад). Структуризациябелков и нуклеиновых кислот с участием биомембран приводит к появлению вирусоподобных тел и первичных клеток, способных к делению, – сначала хемоавтотрофных прокариот, затем – эукариот. Возникает биотический круговорот и формируются биосферные функции живого вещества.

6. Развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды: биопродукция кислорода служит причиной постепенного перехода к окислительной атмосфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Появление многоклеточных организмов, наземных растений и животных приводит к дальнейшему усложнению биотического круговорота. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни трофической организации. Достигается высокая степень замкнутости биотического круговорота.

7. Увеличение биологического многообразия и усложнение строения ифункциональной организации живых существ и биосферы в целом. Организмами заняты все экологические ниши на планете. Полностью сформировались средообразующая функция биосферы и биологический контроль ее гомеостаза. Преобразование среды вследствие деятельности организмов оказывает обратное действие на биоту и уравновешивается ее средорегулирующей функцией.

8. Появление человека – лидера эволюции. Возникновение и развитиечеловеческого общества, вовлечение в техногенез непропорционально больших (по мерам биосферы) потоков вещества и энергии нарушает замкнутость биотического круговорота, вызывает антропогенные экологические кризисы и становится негативным фактором эволюции.

В современную эпоху наступил качественно новый этап развития биосферы, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами. Как отмечал В.И. Вернадский, биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов.

В 1944 г. В.И. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу – высшую стадию развития биосферы, связанную с возникновением и развитием в ней цивилизованного человечества. Этап, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития на Земле [4].

Термин «ноосфера» был предложен французским естествоиспытателем Э.Леруа в середине 1920-х гг. По мнению Э.Леруа, ноосфера характеризует процесс перехода биосферы в новое эволюционное состояние под воздействием человека. На творчество Э.Леруа оказала сильное влияние работа В.И.Вернадского «Автотрофность человечества», опубликованная на французском языке в 1925 г. В ней обращалось внимание на особую роль человека в преобразовании биосферы, переводе ее в качественно новое состояние. «В биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетарное действие которой обычно не принимается во внимание. Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его, как существа общественного», — писал великий ученый [4, с. 256].

Определенное развитие концепция ноосферы получает в работах другого французского ученого и философа П.Тейяр де Шардена, особенно в его книге «Феномен человека». Ноосфера, в его трактовке, возникает и развертывается вне биосферы. Это пласт мыслей, «обволакивающий» планету.

Новое содержание понятию «ноосфера» придал В.И.Вернадский в последние годы своей жизни. Для него ноосфера – такое же материальное образование, как и биосфера. Он писал: «Наблюдается интенсивный рост влияния одного вида живого вещества – цивилизованного человечества – на изменение биосферы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние – в ноосферу» [4, с. 258].

Представление о ноосфере позволяет раскрыть перспективу современной цивилизации, вырастающую из осмысления развития природы и человеческой деятельности. Оно ориентирует человечество в оптимальном выборе пути дальнейшего развития – в гармонии с природой. В эпоху ноосферы развитие общества должно достичь определенной устойчивости, ибо предполагается, что развитие цивилизации происходит с обязательным учетом природных основ и гуманистических ценностно-мировоззренческих установок.

Ноосфера – это порождение разума человека, и ее развитие должно основываться на высшем проявлении интеллекта – научном познании, на глубоко продуманных и аргументированных действиях людей. В наше время благодаря науке человек становится решающей силой в общем эволюционном процессе и круговоротах биосферы. Свои биосферные функции он сможет выполнить именно в эпоху ноосферы. В.И.Вернадский, поднимая проблему регулирования обмена веществ с биосферой, имел в виду не только естественные взаимоотношения человека с природной средой, но и связи, обусловленные социальной деятельностью человека. Эти идеи оказались чрезвычайно актуальными в современных условиях. Они все в большей степени находят отражение в способах решения проблем социальной экологии.

Основные предпосылки перехода биосферы в ноосферу следующие:

• высокий уровень развития науки, всесторонняя обоснованностьлюбой человеческой деятельности;

• политическое единство человечества, исключающее войны изжизни людей;

• высокое качество жизни людей в самых разных частях нашейпланеты;

• социальное равенство людей на Земле, исключающее национализм,расизм, нищету, эксплуатацию;

• развитость средств массовой информации и коммуникаций;

• наличие альтернативных технологий, источников энергии, особенно эффективных способов утилизации энергии Солнца.

Ноосфера – это становление качественно нового состояния в ходе эволюции планеты, когда процессы и явления биосферы в конечном счете направляются человеческим интеллектом. В этот период определяются способы и средства целенаправленного, двуединого развития биосферы и общества, обеспечивающие их гармоничное развитие [32].

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Дайте определение биосферы. Какие компоненты входят в состав биосферы и что является верхней границей биосферы?

2. Назовите свойства живого вещества. Какие из них, по вашему мнению,наиболее важны и можно ли выделить одно из свойств в качестве основного?

3. Исходя из геохимических функций живого вещества, поясните роль живых организмов в преобразовании абиотической окружающей среды и создании условий, благоприятных для жизни.

4. Чем обусловлено такое свойство биосферы, как целостность? Дайте ответ, опираясь на другие свойства биосферы.

5. Какие типы круговоротов веществ существуют в природе и чем они различаются?

6. Охарактеризуйте круговороты углерода и азота. К какому типу биогеохимического круговорота веществ они относятся? В чем их сходство и различие?

7. Охарактеризуйте круговороты фосфора и серы. К какому типу биогеохимического круговорота веществ они относятся? В чем их сходство и различие?

8. Поясните, каким образом человек нарушает круговороты основных биогенных элементов – углерода, азота, фосфора и серы.

9. Что такое ноосфера? Как представлял себе В. И. Вернадский становление ноосферы?

Глава 5. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ

Окружающая среда человека

Окружающая среда современного человека состоит из четырех взаимосвязанных компонентов [17, 25].

1. Собственно природная среда («первая природа») – факторы естественного происхождения, воздействующие на человека. Она состоит из среды абиотической (солнечный свет, ветер, химический состав атмосферы и природных вод, магнитное и гравитационное поля и т.д.) и среды биотической (животные, растения и микроорганизмы природных экосистем).

2. Квазиприродная среда («вторая природа») – преобразованные человеком экосистемы. Это пахотные земли, грунтовые дороги, сады, парки, лесопарки. Они постепенно разрушаются без регулирующего воздействия человека. Расширение территорий квазиприродной среды требует возрастающих вещественно-энергетических затрат на ее поддержание.

3. Искусственная, или техногенная, среда («третья природа») – весь искусственный мир, созданный человеком, не имеющий аналогов в естественной природе, чуждый ей. Без непрерывного обновления он немедленно начинает разрушаться. Сюда относятся асфальт и бетон современных городов (здания, дороги и т.д.), транспорт, технологическое оборудование, мебель и все вещи, необходимые человеку и т.д.

4. Социальная среда создается отношениями между людьми и их группами, отношениями между людьми и создаваемыми ими материальными и культурными ценностями, воздействующими на человека. Воздействие включает:

• экономическую обеспеченность в соответствии с выработаннымобществом эталоном (это обеспеченность жильем, пищей, одеждой и другими потребительскими товарами);

• возможность пользоваться материальными и культурными ценностями (театрами, музеями, библиотеками, товарами и т.д.);

• степень уверенности в завтрашнем дне (отсутствие или наличиестраха перед социальным кризисом, потерей работы, болезнью, голодом и т.д.):

• моральные нормы общения;

• обеспеченность социально-психологическим пространственнымминимумом, позволяющим избежать нервно-психического стресса от перенаселения. Скученность отрицательно сказывается на психическом состоянии людей и их здоровье.

Социальная среда интегрируется с природной, квазиприродной и искусственной средами. Все факторы каждой из сред тесно взаимосвязаны и составляют объективные и субъективные стороны «качества жизни человека». Ни в коем случае нельзя думать, что какой-то из элементов может быть заменен другим или безболезненно выброшен из общей системы окружающей человека среды. Элементы среды способны лишь усиливать или ослаблять действие друг друга. Так, например, природный климатический дискомфорт можно ослабить лучшей организацией искусственной и социальной сред.

Благодаря достижениям научно-технического прогресса человек преодолел свою зависимость от условий собственно природной среды (природных лимитирующих факторов). Но при этом он все более попадает в зависимость от условий, создаваемых другими компонентами окружающей среды – квазиприродной, искусственной и социальной средами. Под их воздействием организм человека испытывает огромные нагрузки. Так, квазиприродная и искусственная среды являются источником химических, физических и биологических загрязнений. Факторы социальной среды могут привести к психологическим стрессам и истощению нервной системы человека.

§

Человек в окружающей среде, с одной стороны, является объектом воздействия экологических факторов, с другой – сам оказывает воздействие на среду. С этой точки зрения человек и человечество в целом характеризуются важными особенностями. Важная черта человека как экологического фактора заключается в осознанности, целенаправленности и массированном воздействии на природу.

Любой биологический вид имеет ограниченные энергетические ресурсы, что лимитирует его воздействие на окружающую среду. Например, зеленые растения в процессе фотосинтеза используют всего лишь 1 % энергии Солнца, падающей на Землю, консументы – часть энергии органических веществ, образуемых организмами предшествующего трофического уровня.

Человечество в процессе трудовой и интеллектуальной деятельности расширяет круг доступных источников энергии вплоть до энергии ядерных и термоядерных реакций. Сначала человечество, совершив переход от присваивающего хозяйства к производящему (аграрная революция, 10-е тыс. до н.э.), использовало мускульную энергию домашних животных, затем – механическую энергию воды и ветра, а начиная с промышленной революции (17 – 18 вв.) активно использует химическую энергию ископаемого топлива – невозобновимых природных ресурсов. С помощью дополнительных источников энергии человек приспосабливает среду обитания к собственным потребностям, коренным образом изменяя природу Земли: в древности – за тысячелетия, в средние века – за столетия, сейчас – за немногие годы. Использование дополнительных источников энергии позволило людям преодолеть основные природные лимитирующие факторы и тем самым – естественные ограничения роста их численности.

Прирост народонаселения, энергообеспеченности, технической вооруженности людей создает предпосылки для заселения любых экологических ниш. Человечество представляет единственный на Земле вид, который сумел приспособиться к экстремальным условиям и стал осваивать природные ресурсы всех географических зон. Это превратило человека в экологический фактор с глобальным распространением влияния.

Благодаря воздействию на все главные компоненты биосферы влияние человечества достигает самых отдаленных экологических зон планеты: примером может служить обнаружение пестицида ДДТ в печени пингвинов и тюленей, отловленных в Антарктиде, где никогда не применялся этот ядохимикат.

Особенностью человека как экологического фактора является активный, творческий характер его деятельности. Энергия, которую использует человек, обращается на изменение среды обитания. Экологический оптимум человека как существа биологического ограничен, в связи с этим возможность существования в различных средах обитания достигается не путем изменения собственной биологии, а путем изменения окружающей среды. Человек в результате трудовой деятельности создает вокруг себя искусственную среду обитания. Естественные экосистемы вытесняются антропогенными экосистемами, абсолютно доминирующим фактором в которых является человек, так как антропогенные системы не обладают способностью к саморегуляциии и самовосстановлению.

В результате человеческой деятельности происходят изменения физической среды – газового состава воздуха, качества воды и пищи, климата, потока солнечной энергии и других факторов, которые отражаются на здоровье и работоспособности людей. В отклоняющихся экстремальных условиях затрачивается много сил и средств на искусственное создание и поддержание оптимальных условий среды.

Масштабы взаимодействия современного общества с природой определяются не биологическими потребностями человека, а непрерывно нарастающим уровнем технического и социального развития. Техническая мощь человека достигла масштабов, соизмеримых с биосферными процессами. Например, строительная и горнодобывающая техника ежегодно перемещают на поверхность земли больше материала, чем сносится в море всеми реками мира в результате водной эрозии. В отличие от всех других видов, человек взаимодействует с окружающей средой, изменяя ее и приспосабливая к себе, с помощью культуры специфического способа организации и развития человеческой деятельности, представленной в продуктах материального и духовного труда [22]. Человеческая деятельность на планете изменяет климат, влияет на состав атмосферы и Мирового океана, изменяет те параметры биосферы, которые обеспечивают возможность жизни на планете.

§

Прогрессирующее хозяйственное освоение природы и сопутствующие ему многочисленные нарушения природного равновесия стали источником цивилизационных проблем, которые сегодня принято называть экологическими. Экологическая проблема – это отражение противоречий, возникающих в системе связей общества с природной средой, на человеке и условиях его жизнедеятельности. На начальных этапах развития цивилизации экологические проблемы носили локальный характер и не оказывали существенного влияния на устойчивость биосферы. В период становления техногенной цивилизации человечество, по образному выражению

В.И. Вернадского, «становится могучей геологической силой», преобразующей природные ландшафты Земли [4, с. 480]. Во второй половине 20 в. рост населения планеты и мощное антропогенное воздействие на биосферу до предела обострили экологические проблемы, и последние пятьдесят лет цивилизация находится в состоянии экологического кризиса, поставившего биосферу на грань разрушения.

Экологический кризис (чрезвычайная экологическая ситуация) – экологическое неблагополучие, характеризующееся устойчивыми отрицательными изменениями окружающей среды и представляющее угрозу для здоровья людей. Это напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, обусловленное несоответствием размеров производственно-хозяйственной деятельности человека ресурсноэкологическим возможностям биосферы. Экологический кризис характеризуется не столько усилением воздействия человека на природу, сколько резким усилением влияния измененной людьми природы на общественное развитие и человека.

Экологическая катастрофа (экологическое бедствие) – экологическое неблагополучие, характеризующееся глубокими необратимыми изменениями окружающей среды и существенным ухудшением здоровья населения. Это природная аномалия, нередко возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остро неблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона.

Экологический кризис – обратимое явление, в котором человек выступает активно действующей стороной. Катастрофа – необратимое явление, здесь человек – уже лишь пассивная, страдающая сторона.

В истории человечества выделяют три антропогенных экологических кризиса [17, 25].

1. Первый антропогенный экологический кризис (кризисконсументов) связан с массовым уничтожением крупных животных. Полагают, что он мог произойти 10 – 50 тыс. лет назад. Считается, что значительное число крупных млекопитающих ледникового и межледникового периодов в Северной Америке и Евразии, таких, как мастодонт и мамонт, некоторые виды верблюдов и лошадей, гигантские ленивцы, исчезли не в результате воздействия неблагоприятных климатических условий, как полагают некоторые ученые, а были истреблены ордами бродячих охотников ледникового периода, уже применявших метательное оружие. Выходом из кризиса считается аграрная революция, заключающаяся в переходе от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству.

2. Второй антропогенный экологический кризис(кризис продуцентов) произошел 150 – 350 лет назад и был вызван вырубкой леса, использовавшегося как топливо и строительный материал, и общим истощением растительности. Выходом из кризиса является промышленная революция, смысл которой – использование всех форм ископаемого топлива для работы машин и механизмов.

3. Третий (современный)антропогенный экологический кризискризис загрязнения и угрозы исчерпания природных ресурсов. Редуценты не успевают очищать биосферу от антропогенных продуктов или потенциально не способны это сделать в силу неприродного характера выбрасываемых синтетических веществ, поэтому этот кризис называют кризисом редуцентов.

Главная причина современного экологического кризиса – высокая антропогенная нагрузка на природу, которую обусловливают следующие факторы:

1. Безудержный и очень быстрый рост численности населения Земли. За последние 100 лет численность населения возросла с 1,6 до 6 млрд человек.

При этом еще в 1950 г. численность населения Земли составляла 2,5 млрд человек. В середине 20 в. произошел демографический взрыв – резкое ускорение темпов роста населения. Рост численности населения Земли подчиняется экспоненциальному закону, и такая же экспоненциальная зависимость характерна для роста мировой экономики, которая удовлетворяет растущие потребности человека путем изъятия природных ресурсов, приводящего к техногенной деградации окружающей среды. Ведь каждому человеку нужны крыша над головой, свет, тепло, еда, одежда и многое другое. И до сих пор большинство этих потребностей удовлетворяется за счет жесточайшей эксплуатации природы.

2. Возрастающее производство и потребление энергии, основанное на использовании невозобновимых природных ресурсов, приводящих к их истощению, разрушению экосистем и загрязнению окружающей среды. К концу 20 в. потребление энергии увеличилось в 14 раз. Еще в середине 19 в. доля мышечной энергии человека в общем энергетическом балансе мира составляла 96 %, а в конце 20 в. – всего 1 %.

3. Несовершенство промышленных и сельскохозяйственных технологий. Загрязнение воздуха, воды, почв, вырубка лесов и распашка степей, эрозия почвы – все это показатель того, как мы еще мало умеем и знаем, какой ценой и за счет чего достигается наше материальное благополучие.

4. Господствующее в настоящее время антропоцентрическое сознание и закрепившееся в нем потребительское отношение человека к природе и природным ресурсам. Антропоцентрический тип экологического сознания основан на представлениях об исключительности человека в мире природы, его главенствующей функции, позволяющей ему управлять миром по своему усмотрению, строить свои взаимоотношения с природой по правилам, которые устанавливает сам человек. Для антропоцентрического экологического сознания характерны противопоставление человека как высшей ценности и природы как его собственности; прагматический характер мотивов и целей взаимодействия с природой: правильно и разрешено то, что полезно человеку.

Важнейшими проявлениями экологического кризиса являются истощение природных ресурсов и загрязнение окружающей среды, которые рассматриваются как глобальные экологические проблемы.

Истощение природных ресурсов является результатом нерационального природопользования и проявляется в сокращении запасов ископаемого топлива и пресной воды (к 2100 г. запасы пресной воды на Земле могут быть исчерпаны); уменьшении биологического разнообразия (за 20 в. исчезла 1/5 часть всех видов животных и растений); деградации почвенного покрова (площадь пустынь в результате неправильного землепользования ежегодно увеличивается на 6 млн га), сокращении площади лесов (глобальное сокращение лесов в 18 раз опережает их восстановление) [12, 14].

Загрязнение окружающей среды проявляется в изменении химического состава атмосферного воздуха, природных вод и почвенного покрова, изменении круговорота веществ. Главные источники антропогенного загрязнения воздуха – энергетика, транспорт, металлургическая, химическая и нефтехимическая промышленность; гидросферы – предприятия целлюлознобумажной, нефтеперерабатывающей, химической и легкой промышленности, сельское хозяйство. Основная масса промышленных твердых и жидких отходов образуется на предприятиях горнодобычи и горнопереработки, энергетики, металлургической и химической отраслей промышленности.

§

Загрязнение – это привнесение в какую-либо среду новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение естественного уровня этих агентов в среде. Объектом загрязнения всегда является биогеоценоз, и наличие вредных веществ приводит к нарушению обмена веществ, снижению интенсивности деятельности продуцентов и продуктивности биоценоза в целом.

Загрязнения можно классифицировать следующим образом:

1) химическое (ингредиентное) загрязнение, представляющее собой совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты и удобрения, продукты сгорания и т.д.);

2) физическое (параметрическое) загрязнение среды, связанное с изменением ее качественных параметров окружающей среды (шумовое, тепловое, световое, электромагнитное, радиационное);

3) биологическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяций и отдельных ее представителей биологических агентов (патогенные микроорганизмы, преднамеренная или случайная интродукция видов, бактериологическое оружие).

Химическое загрязнение

Наибольшую проблему при химическом загрязнении окружающей природной среды создают некоторые ядохимикаты, с трудом выявляемые из-за их очень низких концентраций, но способные постепенно накапливаться в организме, вызывая многочисленные расстройства здоровья, в том числе рак. Большинство из них принадлежит к одному из двух классов: тяжелым металлам или синтетическим органическим соединениям [15,18, 23, 26, 31].

Тяжелые металлы — металлы с большим атомным весом (свинец, цинк, ртуть, медь, никель, железо, ванадий, кадмий и др.). Они широко используются в промышленности. Тяжелые металлы чрезвычайно ядовиты. Их ионы, проникая в организм, взаимодействуют с рядом ферментов, подавляя их активность. Таким образом, попадание в организм очень малых их количеств чревато крайне тяжелыми физиологическими и неврологическими последствиями. Основными источниками загрязнения тяжелыми металлами служат работа металлургических предприятий, сжигание угля, нефти и различных отходов, производство стекла, удобрений, цемента, автотранспорт и пр. Новейшие расчеты показали, что вклад антропогенного свинца составляет 94 – 97% (остальное – природные источники), кадмия – 84 – 89, меди – 56 – 87, никеля – 66 – 75, ртути – 58 %.

Все сложные молекулы в составе растительных и животных организмов – это природные органические вещества. Помимо них люди научились получать сотни тысяч органических соединений, используемых для производства пластмасс, синтетических волокон, искусственного каучука, лакокрасочных покрытий, растворителей, пестицидов, защитных покрытий для дерева и др. Такие вещества называют синтетическими органическими соединениями.

Многие из них настолько напоминают природные, что могут усваиваться организмом и взаимодействовать с некоторыми ферментами и другими системами. Именно они и создают проблемы. Организм может оказаться неспособным разлагать их или включать в метаболизм иным путем: в результате они нарушают его функционирование. При определенных дозах возможны острое отравление и смерть. Однако и небольшие дозы, получаемые на протяжении длительного периода, приводят к весьма неприятным эффектам, например канцерогенному (развитие рака), мутагенному (появлению мутаций) и тератогенному (возникновение врожденных дефектов у детей). Наиболее опасны галогенированные углеводороды – органические соединения, в которых один или более атомов водорода замещены атомами хлора, брома, фтора или йода. Наиболее распространены содержащие хлор, т.е. хлорированные углеводороды. Их часто применяют при изготовлении пластмасс (поливинилхлорид, или ПВХ), пестицидов (ДДТ), растворителей (тетрахлорфенол), электроизоляции (полихлорированныебифенилы, или ПХБ), пламягасящих веществ и многих других изделий.

Как тяжелые металлы, так и галогенированные углеводороды особенно опасны ввиду способности к биоаккумуляции, когда малые, кажущиеся безвредными дозы, получаемые в течение длительного периода, накапливаются в организме, создают в итоге токсичную концентрацию и наносят ущерб здоровью [30].

Биоаккумуляция происходит по следующим причинам:

• во-первых, из-за отсутствия биодеградации. Тяжелые металлы какхимические элементы невозможно разрушить или преобразовать в ходе химических процессов; для хлорсодержащих углеводородов в организме нет ферментов, способных их расщепить;

• во-вторых, тяжелые металлы и галогенированные углеводороды легкопоглощаются, но если и выводятся, то очень медленно. Организм не способен освобождаться от них, выводя их с мочой, поскольку тяжелые металлы прочно связываются с белками, а галогенированные углеводороды растворяются в жирах гораздо лучше, чем в воде.

В результате, поступая с пищей и жидкостями, эти вещества удерживаются и накапливаются в теле, как на фильтре. Биоаккумуляция может усугубляться в пищевой цепи. Организмы, находящиеся в ее основе, поглощают химикаты из внешней среды и аккумулируют их в своих тканях. Питаясь этими организмами, животные следующего трофического уровня получают исходно более высокие дозы, накапливаются более высокие концентрации и т. д. В результате на вершине данной пищевой цепи концентрация химиката в организмах может стать в 100 тыс. раз выше, чем во внешней среде. Такое накопление вещества при прохождении через пищевую цепь называют биоконцентрированием.

К большому сожалению, и биоаккумуляцию, и биоконцентрирование трудно заметить до достижения опасного уровня химиката. А тогда уже поздно что-либо предпринимать.

Ситуацию осложняют и синергические эффекты. Ядохимикаты редко встречаются по отдельности, а два или более ядов дают эффект, во много раз превосходящий сумму действий каждого из них. Это явление называют синергизмом. Чрезвычайно опасный синергический эффект обнаружился совсем недавно. Некоторые галогенированные углеводороды и, возможно, другие химикаты (один фактор) ослабляют иммунную систему, в результате чего организм становится более подверженным действию инфекций и паразитов (второй фактор).

Ниже приводятся основные химические загрязнители и вызываемые ими нарушения в организме человека [8].

Монооксид углерода (угарный газ) – блокирование гемоглобина крови с образованием карбоксигемоглобина и снижением способности крови к переносу кислорода из легких к тканям тела. Приступы коронарной недостаточности, стенокардии и даже инфаркт миокарда. Нарушение обменных процессов организма, функционального состояния центральной нервной системы (ЦНС) – психические отклонения, общее недомогание.

Оксиды азота и серы– резкое раздражение легких и дыхательных путей, возникновение в них воспалительных процессов. Головокружение, потеря сознания, одышка, кашель, насморк, повышение респираторной заболеваемости детей.

Озон– раздражение слизистой оболочки глаз, воспалительные процессы в легких, головная боль, быстрая утомляемость.

Свинец– неврологические расстройства, функциональные нарушения печени, почек, желудочно-кишечного тракта. У детей – замедленный рост, анемия, повышенная моторная активность, снижение внимания, повышенная раздражительность, обидчивость, вялость, отставание в учебе.

Ртуть поражение центральной нервной системы и мозга, нарушение координации движений, расстройство зрения, потеря слуха, серьезные психические отклонения (болезнь Минамата). Ртуть является тератогеном.

Кадмий – поражение сердечно-сосудистой, мочеполовой и костносуставной систем. Кадмий является одним из самых опасных токсикантов среды. Опасен в любой форме. Характеризуется медленным выведением из организма (0,1 % в сутки).

Мышьяк – появление металлического привкуса во рту, сильные боли в животе, развитие острой сердечно-сосудистой и почечной недостаточности, появление судорог.

Нитраты– нарушение обмена веществ, аллергия, нервные расстройства, злокачественные новообразования.

Формальдегид – эмбриотоксическое действие, выраженные канцерогенный, мутагеннный и тератогенный эффекты. Формальдегид выделяется из прессованных плит, используемых в конструкциях настилов полов, мебели.

Бензапирен – сильнейший канцероген. Содержится в выхлопных газах, сигаретном дыме.

Пестициды и диоксины(галогенированные углеводороды) –поражение печени, ЦНС. Вызывают бесплодие человека и высших млекопитающих, являются канцерогенами, мутагенами, тератогенами.

Винилхлорид – выраженное канцерогенное действие. Выделяется из поливинилхлорида как остаточный мономер при неполной полимеризации в синтезе ПВХ.

При химических загрязнениях атмосферный путь поступления токсичных веществ в организм является ведущим, так как в течение суток человек потребляет около 15 – 20 кг воздуха, 2 – 5 кг воды и 1,5 – 2,5 кг пищи. При ингаляции химические элементы поглощаются особенно интенсивно. Так, свинец, поступающий с воздухом, адсорбируется кровью на 60 %, с водой – на 10 %, с пищей – на 5 %.

Физическое загрязнение

1. Шумовое загрязнение отрицательно воздействует на организм человека, вызывая повышенную утомляемость, снижение умственной активности, развитие сердечно-сосудистых и нервных заболеваний. Шум может восприниматься ухом человека в пределах частоты от 16 до 20 тыс. Гц (ниже – инфразвук, выше – ультразвук). Уровень шума измеряется в децибелах (дБ). Для человека практически безвреден шум в 20 – 30 дБ, 80 дБ – допустимая граница, 130 дБ вызывают болевые ощущения, а 150 – уже непереносимы. Сильный шум является для человека физическим наркотиком. Поэтому часть людей, увлекаясь современной музыкой с большой интенсивностью звучания, подвергает свое здоровье опасности. Женщины менее устойчивы к сильному шуму, который быстрее приводит их к неврастении. А слабые бытовые шумы в доме, обусловленные плохой звукоизоляцией квартир, разрушительнее действуют на нервную систему мужчин.

Шум отрицательно воздействует не только на людей, но и на растения и животных. Растения замедляют рост, цветы вянут, птицы бросают гнезда, оставляя кладки и птенцов, у млекопитающих изменяется артериальное давление и нарушается работа сердца.

2. Электромагнитное загрязнение возникает в результате изменений электромагнитных свойств среды. Искусственно созданные электромагнитные поля ведут к сердечно-сосудистым и другим заболеваниям. В бытовых помещениях норма напряженности электрического поля (Еэ) – 1 – 100 В/м, магнитного (Ем) – 0,01 – 0,5 А/м. Бытовые приборы способны создавать электрическое поле напряженностью 5 – 500 В/м. Нарушение ритма сокращений сердечной мышцы наступает приЕэ=5·107В/м и Ем=106А/м [8, 26]. Очень мало известно о действии слабых электромагнитных полей (ЭМП). Не существует научно обоснованных пределов воздействия ЭМП для распространенных в быту приборов и аппаратов. Исходя из полученных данных, можно предположить, что длительное воздействие слабых ЭМП заметно скажется лишь в 4 – 10-м поколении. Однако известно, что у людей, работающих за компьютерами до 6 ч в сутки, заболевания органов зрения, поражения ЦНС и сердечно-сосудистой системы наблюдаются в 5 раз чаще, чем у тех, чья работа не связана с компьютером. Также доказано, что при частом пользовании радиотелефонами опасность заболевания раком крови вырастает на 20 – 40 %.

3. Ионизирующее излучение (радиоактивное загрязнение) обладает энергией, достаточной для того, чтобы выбить один или несколько электронов из атомов и образовать положительно заряженные ионы, которые, в свою очередь, вступая в реакции с различными соединениями, разрушают ткани живых организмов. Примерами ионизирующего излучения являются ультрафиолетовое излучение Солнца и аппаратов ультрафиолетового облучения, рентгеновское излучение, нейтронное излучение, возникающее в ходе реакции ядерного деления и ядерного синтеза, а также , , -излучение, испускаемое радиоактивными изотопами.

Воздействие ионизирующего излучения приводит к повреждению клеток человеческого организма двумя способами. В первом случае наносятся генетические повреждения, в результате чего происходит изменение генов и хромосом. Во втором – соматические повреждения: ожоги, катаракты, раковые заболевания костей, легких, щитовидной железы.

Таким образом, ионизирующее излучение оказывает мощное мутагенное, эмбриотоксическое и тератогенное воздействие. При этом наиболее чувствительны к нему высокоорганизованные организмы, в том числе и человек, а наиболее устойчивыми являются микроорганизмы.

4. Тепловое загрязнение является результатом повышения температуры среды и возникает при отводе воды от систем охлаждения в водные объекты и при выбросе потоков дымовых газов или воздуха. Тепловое загрязнение водоемов приводит к уменьшению растворимости кислорода в воде, что снижает активность всего биоценоза водных систем, к замедлению процессов естественной минерализации органического вещества; провоцирует рост активности сине-зеленых водорослей, еще больше снижающих количество кислорода в воде. Известны факты, когда сброс теплых вод создавал тепловой барьер для рыб на путях к нерестилищам.

Биологическое загрязнение

Чрезвычайно опасными являются биологические загрязнения, которые вызываются патогенными микроорганизмами. Эпидемии таких болезней, как холера, оспа, чума вызываются бактериями, а грипп, гепатит, СПИД – вирусами. Недостаточно очищенные и обезвреженные бытовые сточные воды содержат большой комплекс патогенных микроорганизмов, вызывающих кожные и кишечные заболевания.

Существуют непатогенные и условно патогенные микроорганизмы, которые в качестве биотопа избрали организм человека. Так, полости рта, носа, кишечника являются местом обитания многих микроорганизмов, которые стимулируют защитные силы, способствуют перевариванию пищи, вырабатывают витамины. Однако превышение количества этих микроорганизмов над нормой при неблагоприятных для человека условиях изменяет соотношение микроорганизмов, приводя к определенным патологиям (например, к дисбактериозу). При этом условно патогенные организмы, которые в норме являются сапрофитами, вызывают некоторые заболевания (ОРВИ).

В отдельную группу необходимо вынести лекарственные загрязнения. Некоторые лекарственные препараты даже в терапевтической дозе оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека. Так, например, амидопирин и фенацитин, до недавнего времени использовавшиеся в медицинской практике, запрещены к производству, так как являются выраженными канцерогенами. Антибиотики тетрациклинового ряда обладают ототоксическим действием. При неправильном подборе дозы они, поражая слуховой нерв, могут вызвать глухоту. Многие антибиотики поражают биоценоз кишечника, вызывая дисбактериозы и другие заболевания.

§

Рациональное природопользование подразумевает возможность управления природными экосистемами и имеет следующие цели:

• предотвращение, снижение и ликвидация возможных вредных

последствий хозяйственной деятельности человека;

• прогнозирование изменений природы под влиянием антропогенных факторов;

• изучение законов природы и ее компонентов в их взаимодействии;

• определение потенциальных возможностей природной среды;

• обеспечение и дальнейшее улучшение существования человеческого общества.

Охрана окружающей среды – это совокупность международных, государственных и локальных административных, технологических, плановых, управленческих, экономических, политических и общественных мероприятий, направленных на рациональное использование, воспроизводство и сохранение природных ресурсов Земли и космического пространства.

Рациональное природопользование и охрана природы должны основываться на следующих принципах (правилах) [10]:

1. Правило прогнозирования: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться на основе предвидения и максимально возможного предотвращения негативных последствий природопользования.

2. Правило повышения интенсивности освоения природныхресурсов: использование природных ресурсов должно производиться на основе повышения интенсивности их освоения, в частности с уменьшением или устранением потерь полезных ископаемых при их добыче, транспортировке, обогащении и переработке.

3. Правило множественного значения объектов и явлений природы:

использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться с учетом интересов разных отраслей хозяйства.

4. Правило комплексности: использование природных ресурсов должно реализовываться комплексно, разными отраслями народного хозяйства. Например, река – место жизни рыб, водоплавающих птиц – это источник орошения земель, питьевой воды, накопитель биогенных веществ. Но река может быть использована и для строительства электростанций.

5. Правило региональности: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться с учетом местных условий. Например, рубка леса возможна в районах, где леса много и он не освоен, и недопустима в густонаселенных районах, в верховьях рек.

6. Правило косвенного использования и охраны: использование или охрана одного объекта природы может приводить к косвенной охране другого, а может наносить ему вред. Например, охрана лося, приводящая к перенаселенности лесов данным видом, наносит ощутимый вред лесу.

7. Правило единства использования и охраны природы: охрана природы должна осуществляться в процессе ее использования. Охрана природы не должна быть самоцелью.

8. Правило приоритета охраны природы над ее использованием: при использовании природных ресурсов должен соблюдаться приоритет экологической безопасности над экономической выгодой.

В начале 1970-х г. американский эколог Б. Коммонер сформулировал четыре положения, раскрывающие суть системы рационального природопользования [21]. Эти положения впоследствии стали называть законами социальной экологии. Соблюдение этих законов является обязательным условием любой деятельности человека в природе.

Первый закон: «Все связано со всем». Он отражает существование сложнейшей сети взаимосвязей в системе «общество – природа». Этот закон призван предостеречь человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем (биосферы), что может привести к непредвиденным последствиям (например, осушение болот может привести к обмелению рек). По сути, этот закон является одной из формулировок принципа единства Вселенной. Любое воздействие человека на природу может вызвать развитие природных цепных реакций, приводящих к необратимым изменениям экосистемы. Например, к превращению озера в болото, леса – в полупустыню или пустыню. Человечество должно научиться предвидеть и учитывать весь комплекс отдаленных результатов вмешательства в ход естественных процессов, общая гармония которых складывалась тысячелетиями.

Второй закон: «Все должно куда-то деваться». Это неформальная перефразировка основного физического закона – фундаментального закона сохранения материи. Огромные количества веществ извлекаются из Земли, преобразуются в новые соединения и рассеиваются как отходы в окружающей среде. В результате они накапливаются там, где их не должно быть либо совсем, либо в таких больших количествах. Отходы от хозяйственной деятельности человека неизбежны, поэтому необходимо думать как об уменьшении их количества, так и о последующем их использовании. Любое загрязнение природы возвращается к человеку в виде «экологического бумеранга». Планета стала слишком тесной для человечества, она уже не справляется с силой антропогенного воздействия на нее.

Третий закон: «Природа знает лучше». Это, пожалуй, самое важное положение природопользования, которое означает, что сложившиеся в ходе эволюции и прошедшие жесткий естественный отбор организмы и их сообщества, а также сформировавшиеся между ними отношения – это оптимальные системы. Любое вмешательство в них человека скорее ухудшит их состояние, чем улучшит. Нельзя пытаться покорять природу, а нужно сотрудничать с ней, используя биологические механизмы для очистки стоков и повышения урожая культурных растений. При этом нельзя забывать о том, что сам человек также является биологическим видом, частью природы, а не ее властелином. Этот закон призывает к тщательному изучению естественных биои экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности. Без точного знания последствий преобразований природы недопустимы никакие ее «улучшения». Пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и взаимосвязях в природе. Поэтому при проведении любых преобразований природы всегда недостаточно информации для априорного суждения о всех возможных результатах действий человека, особенно в далекой перспективе, когда разовьются природные цепные реакции.

Четвертый закон: «Ничто не дается даром». Это всеобщий закон рационального природопользования, он объединяет в себе три предыдущих закона. Глобальная экосистема – это единое целое, в рамках которого ничто не может быть выиграно или потеряно; данная экосистема не может являться объектом всеобщего улучшения. Все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено.

В законах Б. Коммонера обращается внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе; любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды.

§

Несмотря на принимаемые меры (экономические, юридические, управленческие) по исправлению негативной экологической ситуации, биосферные противоречия усиливаются. В связи с этим можно выделить три взаимосвязанных уровня их технологического преодоления.

На первом уровне совершенствуются традиционные методы решения экологических проблем, т.е. создаются более эффективные очистные сооружения, фильтры и т.д. Это традиционный путь преодоления биосферных противоречий.

На втором уровне реализуются представления об относительно замкнутых технологических процессах. На этом уровне предполагается расширение утилизации элементов производственного цикла.

На третьем уровне осуществляется идея сравнительно безотходных технологических процессов: отходы одного цикла служат сырьем для другого производственного процесса.

С созданием безотходных (биосферосовместимых) технологий связывается эффективное преодоление биосферных противоречий.

Однако достижение полной безотходности нереально, поскольку противоречит второму закону термодинамики. Создать абсолютно замкнутый круговорот теоретически возможно, но все равно будут потери энергии в виде тепла. Поэтому термин «безотходная технология» условен, и правильнее использовать термин «малоотходная технология».

Природные круговороты веществ являются практически замкнутыми. В естественных экосистемах вещество и энергия расходуются экономно, и отходы одних организмов служат важным условием существования других. Антропогенный круговорот веществ разомкнут, сопровождается большим расходом природных ресурсов и большим количеством отходов, вызывающих загрязнение окружающей среды. Создание даже самых совершенных очистных сооружений не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Вот почему основной задачей является разработка технологий, позволяющих сделать антропогенный круговорот как можно более замкнутым, – безотходных или малоотходных технологий.

Малоотходная технология – такой способ производства, который обеспечивает максимально эффективное использование сырья и энергии с минимумом отходов и потерь энергии.

Важным условием малоотходной технологии является рециркуляция – повторное использование материальных ресурсов, позволяющее сэкономить сырье и энергию и уменьшить образование отходов.

В комплекс мероприятий по сокращению количества токсичных отходов и уменьшению их воздействия на окружающую природную среду входят:

• разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;

• разработка бессточных технологических систем и водооборотных циклов на основе очистки сточных вод;

• создание и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования;

• создание принципиально новых производственных процессов, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых происходит образование отходов.

Весьма перспективным в области охраны окружающей среды является использование биотехнологии. Биотехнология – это методы и приемы получения полезных для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью живых организмов (микроорганизмов). Достижения биотехнологии позволяют решать следующие задачи [1]:

• биологическая очистка природных и сточных вод от органических и неорганических загрязняющих веществ;

• утилизация твердой фазы сточных вод и твердых бытовых отходов путем их сбраживания;

• микробное восстановление почв, загрязненных в первую очередь органическими веществами;

• использование микроорганизмов для нейтрализации тяжелых металлов в осадках сточных вод и загрязненных почвах;

• компостирование (биологическое окисление) отходов растительности;  создание биологически активного сорбирующего материала для очистки загрязненного воздуха.

В решении общей проблемы защиты биосферы от антропогенного воздействия большое значение имеет решение основных научно-технических проблем:

1. Очистка сточных вод от вредных примесей с использованием методовэлектролиза, дистилляции, мембранной и ионно-обменной технологии.

2. Создание химических и физико-химических методов захоронения визолированные глубинные пласты земли высокотоксичных отходов. Создание соответствующего аппаратурного герметического обеспечения.

3. Использование научных методов переработки твердых и жидкихотходов и их утилизации.

4. Разработка высокоэффективных методов для улавливания токсичныхгазов.

5. Дальнейшее освоение новейших источников энергии – ветра, солнца,геотермального тепла и включение их в «большую энергетику».

6. Создание научных основ системы технико-экономических показателей,не допускающих в производство процессов, наносящих ущерб окружающей среде.

Охрану окружающей среды от техногенного воздействия можно представить как охрану абиотических и биотических компонентов биосферы: земли, воздуха, воды, растительного и животного мира [6 – 14, 18].

Охрана земли

Почва – важнейший природный ресурс. Основными мероприятиями по охране почв являются:

1. Защита почв от эрозии: агротехнические мероприятия,снегозадержание, лесомелиорация, гидротехнические сооружения, создание ветроустойчивого поверхностного слоя.

2. Охрана почв от засоления и заболачивания: дренаж территории,создание лесополос по каналам, гипсование, трехъярусная вспашка.

3. Защита почв от загрязнения: установка очистных сооружений,разумное использование химикатов при обработке почв.

4. Закрепление и освоение почв.

5. Рекультивация земель – процесс восстановления разрушенных земель.

Охрана воздушной среды

Основные источники загрязнения воздушной среды – промышленность и автотранспорт. Решение проблемы получения чистого воздуха – в создании очистных сооружений и переход к технологиям, менее чувствительным для окружающей среды (например, замена традиционного топлива в автомобилях на другое, менее токсичное).

К мероприятиям, направленным на предотвращение и предупреждение загрязнения воздуха, относятся совершенствование существующих и внедрение новых технологий, улучшение состава топлива, рациональное размещение источников вредных выбросов.

Охрана водных ресурсов.

Основной задачей охраны водных ресурсов является защита вод морей, океанов, рек, озер от загрязнения.

Для предотвращения загрязнения водоемов идеальным способом является переход к замкнутым циклам производства, которые основаны на следующих принципах:

• создание на предприятиях единой системы водного хозяйства;  водоотведение и очистка сточных вод перед их повторным использованием;

• водообеспечение, в основном за счет очищенных производственных городских сточных вод;

• утилизация извлеченных из сточных вод ценных компонентов.

Экономия воды может быть достигнута сокращением водяного охлаждения за счет других способов охлаждения (например, воздушного).

§

Для защиты среды обитания живых организмов, в том числе и человека, в каждой стране разрабатывается природоохранное законодательство – раздел международного права и правовой охраны природы внутри государства, определяющий юридические основы сохранения природных ресурсов и среды жизни. Необходимость такого подхода декларировалась Организацией Объединенных Наций (ООН). В Декларации конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) сформулированы два основных принципа правого подхода к охране природы:

«…Принцип 11. Государствам следует ввести эффективное законодательство в области охраны окружающей среды. Нормы, связанные с охраной окружающей среды, выдвигаемые задачи и приоритеты должны отражать ситуацию в области охраны окружающей среды и развития, в которой они будут реализовываться.

…Принцип 13. Государство должно разработать национальное законодательство, касающееся ответственности и компенсаций тем, кто пострадал от загрязнения окружающей среды или другого экологического ущерба…» [8, с. 305].

Таким образом, из этих принципов следует необходимость в жестком, разумном природоохранном законодательстве.

В России начало природоохранному праву положили указы Петра I по охране лесов, животного мира и др. Это была одна из первых попыток комплексного подхода к защите окружающей среды. Такая же попытка была сделана после Октябрьской революции, когда были изданы декреты «О земле» (1917), «О лесах» (1918), «О недрах земли» (1920) и кодексы – Земельный кодекс (1922) и Лесной кодекс (1923). Однако в этих декретах возобладал принцип первичности «производственной необходимости» над состоянием окружающей среды, что не могло не сказаться на взаимоотношениях человека и природы.

Устранение нарушений экологических требований в процессе хозяйствования не является достаточным для сохранения природных ресурсов и среды. Необходимо еще решить задачу повышения экологической грамотности на базе знания естественнонаучных законов и нормативных экологических актов.

Экологическое право – это совокупность эколого-правовых норм, регулирующих общественные отношения в сфере взаимодействия общества и природы с целью сохранения, рационального использования и оздоровления окружающей природной среды, а также предупреждения вредных последствий хозяйственной деятельности. Соблюдение экологических норм обеспечивается государством в принудительном порядке.

Источниками экологического права, образующими экологическое законодательство Российской Федерации, являются следующие правовые документы:

1) Конституция РФ;

2) законы и иные нормативные акты РФ и субъектов РФ в области природопользования и охраны окружающей среды;

3) указы и распоряжения Президента РФ и постановления Правительства

РФ;

4) нормативные акты министерств и ведомств;

5) нормативные решения органов местного самоуправления.

1. В Конституции Российской Федерации (1993) декларируется право человека на благоприятную окружающую среду, природные ресурсы, на возмещение вреда, причиненного его здоровью, на участие в экологических организациях и движениях, на получение информации о состоянии окружающей среды и мерах по ее охране. Кроме того, Конституция РФ устанавливает обязанности граждан соблюдать требования природоохранного законодательства, принимать участие в охране окружающей природной среды, повышать уровень знаний о природе и экологическую культуру. Конституция РФ также определяет организационные и контрольные функции высших и местных органов власти по рациональному использованию и охране природных ресурсов.

2. Законы и иные нормативные акты РФ и субъектов РФ в области природопользования и охраны окружающей среды.Законодательно-правовой механизм основан на экологическом законодательстве РФ – природоохранном и природоресурсном.

Задачей природоохранного законодательства является регулирование отношений в системе «общество – природа» с целью сохранения природных богатств и естественной среды обитания человека, предотвращения экологически вредного воздействия хозяйственной и иной деятельности, оздоровления и улучшения качества окружающей природной среды, укрепления законности и правопорядка в интересах настоящего и будущих поколений людей.

Природоохранное законодательство включает следующие законы [11].

Федеральный закон «Об охране окружающей среды» (2002),который лежит в основе природоохранного законодательства РФ. Закон включает 16 глав: «Общие положения», «Основы управления в области охраны окружающей среды»; «Права и обязанности граждан и общественных организаций»; «Экономическое регулирование»; «Нормирование»; «Оценка воздействий на окружающую среду и экологическая экспертиза»; «Требования в области охраны окружающей среды при осуществлении хозяйственной и иной деятельности»; «Зоны экологического бедствия, зоны чрезвычайных ситуаций»; «Природные объекты, находящиеся под особой охраной»; «Государственный мониторинг окружающей среды»; «Контроль в области охраны окружающей среды»; «Научные исследования»; «Основы формирования экологической культуры»; «Ответственность за нарушения законодательства»; «Международное сотрудничество»; «Заключительные положения».

Федеральный закон «Об экологической экспертизе» (1995). Он регулирует отношения в области экологической экспертизы и направлен на реализацию конституционного права граждан РФ на благоприятную окружающую среду посредством предупреждения негативных воздействий хозяйственной и иной деятельности на окружающую природную среду.

Федеральный закон «Об особо охраняемых природных территориях» (1995). Этот закон регулирует отношения в области организации, охраны и использования особо охраняемых природных территорий в целях сохранения уникальных природных комплексов и объектов, объектов растительного и животного мира, их генетического фонда, изучения естественных процессов в биосфере и контроля за изменением ее состояния.

Закон «Об охране атмосферного воздуха» (1999). Он устанавливает правовые основы охраны атмосферного воздуха. Важнейшими мероприятиями охраны воздушного бассейна являются определение нормативов предельно допустимых концентраций и предельно допустимых выбросов вредных веществ, а также установление платы за выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.

Закон«О радиационной безопасности населения» (1995), который определяет правовые основы обеспечения радиационной безопасности населения в целях охраны его здоровья; провозглашает принцип приоритета здоровья человека и окружающей природной среды при практическом использовании и эксплуатации объектов ионизирующих излучений. В случае радиационной аварии закон гарантирует возмещение ущерба здоровью и имуществу граждан.

Закон «Об отходах производства и потребления» (1998). Данный закон определяет правовые основы обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения их вредного воздействия на здоровье человека и окружающую природную среду, а также вовлечения таких отходов в хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья.

Основы законодательства РФ об охране здоровья (1993), которые регулируют отношения граждан, органов государственной власти и управления, хозяйствующих субъектов, субъектов государственной, муниципальной и частной систем здравоохранения в области охраны здоровья граждан.

К природоресурсному законодательству относятся следующие законодательные акты.

Закон РФ «О недрах» (1992). Он регулирует правовые отношения при изучении, использовании и охране недр. Закон направлен в первую очередь на рациональное использование недр и их защиту от загрязнения.

Земельный кодекс РФ (2001), который регламентирует охрану земель и защиту окружающей природной среды от возможного вредного воздействия при использовании земли. Основными правовыми функциями охраны земель являются сохранение и повышение плодородия почв, сохранение фонда сельскохозяйственных земель. Экологическими нарушениями считаются порча, загрязнение, засорение и истощение земель.

Водный кодекс РФ (1995). Он регулирует правовые отношения в области использования и охраны водных объектов. Закон направлен на охрану вод от загрязнения, засорения и истощения.

Лесной кодекс (1997), который устанавливает правовые основы рационального природопользования, охраны, защиты и воспроизводства лесов, повышения их экологического и ресурсного потенциала.

Закон РФ «О животном мире» (1995). Данный закон регулирует отношения в области охраны и использования животного мира, а также в сфере сохранения и восстановления среды его обитания в целях обеспечения биологического разнообразия, создания условий для устойчивого существования животного мира, сохранения генетического фонда диких животных и иной защиты животного мира как неотъемлемого элемента природной среды.

3. Указы и распоряжения Президента РФ и постановления

Правительства РФ затрагивают широкий круг экологических вопросов. Например, Указ о федеральных природных ресурсах (1993) или Указ о концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию (1996).

4. Нормативные акты природоохранных министерств и ведомствиздаются по вопросам рационального природопользования и охраны окружающей природной среды в виде постановлений, инструкций, приказов и т.д. Они являются обязательными для исполнения другими министерствами и ведомствами, физическими и юридическими лицами.

5. Нормативные решения органов местного самоуправления дополняют и конкретизируют действующие нормативно-правовые акты в области охраны окружающей природной среды.

Государственные органы управления и контроля в области охраны окружающей среды подразделяются на две категории: органы общей и органы специальной компетенции.

К государственным органам общей компетенция относятся Президент РФ, Федеральное собрание РФ, Государственная дума РФ, Правительство РФ, представительные и исполнительные органы власти субъектов Федерации, муниципальные органы. Эти органы определяют основные направления природоохранной политики, утверждают экологические программы, обеспечивают экологическую безопасность, устанавливают правовые основы и нормы в пределах своей компетенции и т.д. Наряду с охраной окружающей природной среды государственные органы этой категории ведают и другими экологическими вопросами, входящими в круг их полномочий.

Государственные органы категории специальной компетенции подразделяются на комплексные, отраслевые и функциональные. Комплексные органы выполняют все природоохранные задачи или какой-либо их блок. К ним относятся:

§

Экологический контроль представляет собой административноуправленческуюдеятельность по обеспечению исполнения экологических требований законодательства.

В систему экологического контроля входят государственный, производственный и общественный контроль, а также государственный мониторинг окружающей природной среды. Контролирующие органы имеют право вмешиваться в работу предприятий любого ведомства и любой формы собственности. Они наделены правом приостанавливать вредоносную хозяйственную деятельность; налагать штрафы за нарушение природоохранного законодательства; предъявлять их о возмещении вреда, причиненного природной среде; выдавать разрешения на природопользование; устанавливать нормативы выбросов и сбросов вредных веществ; назначать государственную экологическую экспертизу.

Государственный экологический контроль осуществляют органы представительной и исполнительной власти всех уровней, а также специально уполномоченные органы Российской Федерации в области охраны окружающей среды. Государственный экологический контроль обеспечивает надзор за состоянием, охраной и рациональным использованием всех компонентов природной среды: атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, растительного и животного мира, недр и т.д.

Производственный экологический контроль осуществляется экологической службой каждого предприятия. Он обеспечивает проверку и выполнение планов и мероприятий по охране и оздоровлению окружающей среды, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов, соблюдение нормативов качества окружающей природной среды.

Общественный экологический контроль осуществляется профсоюзными и другими общественными организациями, а также отдельными гражданами. Он неразрывно связан с общественным экологическим движением.

Одним из основных документов, используемых в целях государственного экологического контроля, является экологический паспортпредприятия. Это нормативно-технический документ, включающий совокупность систематизированных данных по использованию природных ресурсов, готовой продукции и воздействию предприятия на окружающую среду. При отсутствии экологического паспорта предприятие лишается права на природопользование и хозяйственную деятельность либо подвергается крупному штрафу.

В систему общего экологического контроля входит государственная служба экологического мониторинга. Под мониторингом понимают систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды. Основной принцип мониторинга – непрерывное слежение. Главная цель мониторинга – наблюдение за состоянием окружающей природной среды и уровнем ее загрязнения. Также важно оценить последствия антропогенного воздействия на биоту, экосистемы и здоровье человека и эффективность природоохранных мероприятий. Но мониторинг – не только слежение и оценка фактов, это и экспериментальное моделирование, прогноз и рекомендации по управлению состоянием окружающей природной среды.

Различают три ступени мониторинга:

1) локальный (биоэкологический, санитарно-гигиенический); 2) региональный (геосистемный, природно-хозяйственный); 3) глобальный (биосферный, фоновый) (табл. 2).

В зависимости от степени выраженности антропогенного воздействия различают мониторинг фоновый и импактный. Фоновый мониторинг – слежение за природными явлениями и процессами, протекающими в естественной обстановке, без антропогенного влияния. Осуществляется он на базе биосферных заповедников. Импактныймониторинг – слежение за антропогенными воздействиями в особо опасных зонах.

Особую роль в системе экологического мониторинга играет биологический мониторинг, т.е. мониторинг биотической составляющей экосистем (биоты).

Биологический мониторинг – это контроль состояния окружающей природной среды с помощью живых организмов. Главный метод биологического контроля – биоиндикация, которая заключается в регистрации любых изменений в биоте, вызванных антропогенными факторами.

Биоиндикаторы – это такие организмы и сообщества, которые реагируют (в широком смысле этого слова) на внешние воздействия изменением обмена веществ, численности и других физиологических и экологических показателей или аккумулируют повреждающие вещества. Жизненные функции подобных организмов настолько тесно скоррелированы с факторами внешней среды, что могут быть использованы как индикаторы ее состояния. Такими биоиндикаторами являются, например, голубая ель, рачки-дафнии, лишайники и др.

Таблица 2 Система наземного мониторинга окружающей среды.

Вид

мониторинга Объекты Показатели

Локальный Приземный слой воздуха, по ПДК токсичных веществ, физиверхностные и грунтовые во- ческие и биологические раздрады,промышленные и бытовые жители, предельная степень стоки, радиационные излуче- радиоизлучения ния

Региональ- Исчезающие виды животных Популяционное состояние видов, ный и растений, природные экосис их структура и нарушение, урожа

темы, агроэкосистемы, лесные йность сельскохозяйственных

экосистемы культур, продуктивность насаж-

дений

Глобальный Атмосфера, гидросфера, рас- Радиационный баланс, тепловой тительные и почвенные пок- перегрев, запыление ровы, животное население Загрязнение рек и водоемов,

круговорот воды на континентах Глобальные характеристики состояния почв, растительного покрова и животных

Глобальные круговорот и баланс

СО2 – О2 и других веществ

Важной функцией экологического контроля является экологическая экспертизаоценкауровня возможных негативных воздействий намечаемой и иной деятельности на окружающую природную среду, природные ресурсы и здоровье людей, т.е. оценка хозяйственных и иных проектов на предмет их соответствия требованиям экологической безопасности и системе рационального природопользования [33].

Объектами экологической экспертизы являются:

• проекты и технико-экономические обоснования строительства и эксплуатации хозяйственных сооружений, а также действующие предприятия;

• нормативно-техническая документация на создание новой техники, технологий, материалов, а также на работающее оборудование;

• проекты нормативных актов и действующее законодательство.

Основой экспертизы является ее независимый характер, она должна осуществляться специалистами при активном участии лиц или граждан, не имеющих никакого соприкосновения с организациями-проектантами, заказчиками и исполнителями.

В соответствии с Федеральным законом «Об экологической экспертизе» в РФ осуществляются государственная экологическая экспертиза и общественная экологическая экспертиза.

Государственная экологическая экспертизапроводится на федеральном уровне и на уровне субъектов Российской Федерации. На федеральном уровне государственную экологическую экспертизу проводит Министерство природных ресурсов РФ, на уровне субъектов РФ – министерства природных ресурсов субъектов РФ (областей и краев) и их подразделения – комитеты по охране окружающей среды (областные и краевые).

Государственная экологическая экспертиза проводится экспертной комиссией. В ее состав входят руководитель, ответственный секретарь и эксперты. Результатом работы комиссии является заключение государственной экологической экспертизы, которое обязательно для исполнения.

Общественная экологическая экспертиза может проводиться независимо от государственной экологической экспертизы. Экспертизе могут подвергаться те же объекты, за исключением объектов, сведения о которых составляют государственную, коммерческую и (или) иную охраняемую законом тайну. Инициировать организацию и проведение общественной экологической экспертизы могут граждане, общественные организации (объединения) и органы местного самоуправления. Проводить общественную экспертизу могут общественные организации, в уставе которых оговорен данный вид деятельности. Заключение общественной экологической экспертизы, в отличие от государственной, носит рекомендательный характер.

Финансирование государственной экологической экспертизы осуществляется за счет средств заказчика, а общественной экологической экспертизы – за счет средств общественных организаций, общественных экологических и других фондов, целевых добровольных денежных взносов граждан и организаций, органов местного самоуправления. Расходы на экологическую экспертизу могут составлять в среднем 1 % от общей стоимости предполагаемого проекта. Но эти затраты необходимы, поскольку они в несколько раз меньше тех, которые могут понадобиться на ликвидацию экономического, экологического и социального ущерба в результате ошибочных решений.

§

среды включает ряд следующих экономических методов, способствующих сохранению и рациональному использованию окружающей природной среды.

Учет и социально-экономическая оценка природных ресурсов государственными органами статистики и природопользования. На них возложена обязанность ведения кадастров. Кадастр – систематизированный свод сведений, количественно и качественно характеризующих определенный вид природных ресурсов. Различают земельный, водный, лесной кадастры, кадастры недр, животного мира и др.

Платность природопользования – плата за использование практически всех природных ресурсов, за загрязнение окружающей среды, размещение в ней отходов производства и за другие виды воздействия.

Плата за природные ресурсы включает: плату за право пользования ресурсами; выплаты за сверхлимитное и нерациональное использование природных ресурсов; выплаты за восстановительное природопользование и поддержание возобновимых ресурсов в устойчивом продуктивном состоянии.

Форма платежей за природные ресурсы в зависимости от их вида и назначения может быть разной. Например, за пользованиелесными ресурсами плату взимают в виде лесных податей (налогов) и арендной платы, за пользованиеводными объектами – в виде регулярных платежей в течение срока водопользования, за пользование землей – в виде земельного налога и арендной платы. Поступающие платежи перечисляют в местный бюджет, в фонды воспроизводства и охраны природных ресурсов. Плата за использование природных ресурсов не освобождает природопользователя от выполнения мероприятий по охране окружающей среды и возмещения ущерба.

Лимиты на природопользование – плата за сверхлимитное использование природных ресурсов и загрязнение окружающей природной среды, которая в несколько раз превышает плату за использование и загрязнение в пределах установленных нормативов (лимитов).

Лимиты на природопользование устанавливаются для предприятийприродопользователей специально уполномоченными на то государственными органами РФ в области охраны окружающей природной среды с учетом экологической обстановки в определенном регионе.

Финансирование природоохранных мероприятий – предоставление денежных средств на природоохранные мероприятия. Источниками финансирования могут являться собственные средства предприятий (в основном прибыль), бюджетные средства, банковские кредиты, экологические фонды и др. В России создана Единая система внебюджетных государственных экологических фондов с целью восстановления потерь в окружающей природной среде, компенсации причиненного вреда и решения других природоохранных задач. В эту систему входят Федеральный экологический фонд, республиканские, краевые, областные и местные фонды.

Средства на счета фондов поступают от предприятий (платежи за природопользование), организаций, учреждений, а также от иностранных юридических лиц и граждан. Потом эти средства выдаются на проведение самых неотложных и дорогостоящих природоохранных мероприятий.

Экологическое страхование – создание за счет денежных средств предприятий, организаций, граждан специальных резервных фондов – страховых фондов, предназначенных для возмещения ущерба, вызванного неблагоприятными событиями, экологическими и стихийными бедствиями, авариями и катастрофами. По сути, это страхование ответственности потенциальных виновников аварийного, непреднамеренного загрязнения среды и страхование собственных убытков, возникающих у виновников такого загрязнения. Цель экологического страхования – наиболее полная компенсация нанесенного экологического вреда. Страховое возмещение включает компенсацию ущерба, расходы по очистке загрязненной территории и приведение ее в пригодное для дальнейшего использования состояние, расходы по спасению имущества лиц, которым причинен вред.

Материальное стимулирование природоохранной деятельности – обеспечение выгодности для природопользователей природоохранной деятельности. Материальное стимулирование предполагает применение мер не только поощрения, но и наказания.

Меры материального поощрения:

• установление налоговых льгот для предприятий, выпускающих природоохранные материалы, препараты и оборудование (сумма прибыли, с которой взимается налог, уменьшается на величину, полностью или частично соответствующую природоохранным затратам);

• освобождение от налогообложения экологических фондов и природоохранного имущества;

• применение поощрительных цен и надбавок на экологически чистую продукцию;

• применение льготного кредитования предприятий, эффективно осуществляющих охрану окружающей среды (снижение процента за кредит или беспроцентное кредитование);

• дополнительное финансирование и льготное кредитование перспективных экологических программ и проектов, внедрения малоотходных технологий.

Меры материального наказания:

• введение специального добавочного налогообложения экологически вредной продукции и продукции, выпускаемой с применением экологически опасных технологий;

• штрафы за экологические правонарушения.

Задача нового экономического механизма – сделать охрану окружающей среды составной частью производственно-коммерческой деятельности.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Дайте определение природных ресурсов.

2. Перечислите основные типы классификации природных ресурсов.

3. Как классифицируют природные ресурсы по источникам и местоположению? Приведите примеры.

4. Как классифицируют природные ресурсы по принципу исчерпаемости и возобновимости? В чем условность такой классификации?

5. Охарактеризуйте законы экологии Б. Коммонера. Почему реализация принципа рационального природопользования возможна только при соблюдении законов экологии?

6. В чем сущность рационального природопользования?

7. Назовите основные источники экологического права, образующие экологическое законодательство Российской Федерации.

8. Какие Вы знаете законы РФ, направленные на охрану окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов? Что каждый из них регулирует?

9. Перечислите основные задачи экономического механизма природопользования. Что подразумевается под лимитированием природопользования и платностью природопользования?

10.Что такое экологические фонды и экологическое страхование?

11. Какие виды материального стимулирования природоохранной деятельности Вам известны?

12.Что такое экологический мониторинг? На каких уровнях он осуществляется?

13.Что понимают под качеством окружающей природной среды? Какие санитарно-гигиенические и производственно-хозяйственные нормативы Вам известны?

§

В настоящее время в мире функционирует более нескольких сотен различных международных организаций – межправительственных и неправительственных, занимающихся вопросами экологии. Наиболее авторитетная из них – Организация Объединенных Наций (ООН). Одно из важнейших направлений ее деятельности – сотрудничество в области охраны природы. ООН разработала и приняла специальные принципы охраны окружающей среды, которые отражены, в частности, в Декларации Стокгольмской конференции ООН (1972) и во Всемирной хартии природы

(1982).

При ООН функционируют следующие специализированные учреждения – международные межправительственные организации по охране окружающей среды.

ЮНЕП(UNEP – United Nations Environment Programme)– ПрограммаООНпоокружающейсреде. Действует с 1972 г. и является основным вспомогательным органом ООН. Основные направления деятельности ЮНЕП: здоровье человека, санитария окружающей среды; охрана земель, вод, предотвращение опустынивания; охрана природы, диких животных, генетических ресурсов; образование, профессиональная подготовка; торговля, экономика, технологии.

ЮНЕСКО(UNESCO – UnitedNationsEducational, ScientificandCulturalOrganization)Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры. Существует с 1946 г. Создана с целью содействия миру и международной безопасности, сотрудничеству государств в области просвещения, науки и образования.Занимается организацией исследования окружающей среды и ее ресурсов, осуществляет руководство экологическими программами, в которых занято более 100 государств. Наиболее известной является долгосрочная межправительственная программа «Человек и биосфера». В сферу деятельности ЮНЕСКО также входят учет и организация охраны природных объектов, отнесенных к всемирному наследию, оказание помощи в развитии экологического образования и подготовке специалистовэкологов.

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения.Создана в 1946 г. Занимается проблемами гигиены окружающей среды, борьбы с загрязнением атмосферного воздуха. Направления деятельности ВОЗ: санитарноэпидемиологический мониторинг окружающей среды, анализ статистических данных о заболеваемости людей в связи с состоянием окружающей среды, санитарно-гигиеническая экспертиза окружающей среды, анализ ее качества.

ФАО (FAO – Food and Agriculture Organization of the United Nations) – Всемирнаяорганизацияпродовольствия. Образована в 1945 г.Занимается вопросами продовольственной безопасности отдельных стран и всего мира. Направления деятельности ФАО: рациональное использование природных ресурсов, охрана и использование земель, животного мира, лесов, биологических ресурсов Мирового океана.

ВМО – Всемирная метеорологическая организация. Действует с 1951 г. Занимается анализом климатических изменений, связанных с загрязнением окружающей среды, изучением процесса переноса загрязняющих веществ в биосфере. ВМО функционирует в рамках глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС). В свою очередь, в рамках ГСМОС реализуются программы по мониторингу состояния атмосферы, трансграничному загрязнению воздуха, здоровью человека, состоянию Мирового океана, сохранению возобновляемых ресурсов суши.

МАГАТЭ – Международное агентство по атомной энергии. Учреждено в 1957 г. Функционирует под эгидой ООН, но не является ее специализированным учреждением.Осуществляет программу «Ядерная безопасность и защита окружающей среды». Основные направления деятельности МАГАТЭ: разработка правил строительства и эксплуатации АЭС, проведение экспертизы проектируемых и действующих АЭС, оценка воздействия радиоактивных материалов на окружающую среду, установка норм радиационной безопасности.

К числу наиболее известных неправительственных международных организаций относятся следующие.

Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП). Создан в 1948г.Содействует сотрудничеству между правительствами, национальными и международными организациями, а также отдельными лицами по вопросам защиты природы и охраны природных ресурсов. МСОП подготовил Международную Красную книгу (10 томов). Цели МСОП: реализация региональных программ охраны природной среды; сохранение естественных экосистем, растительного и животного мира; сохранение редких и исчезающих видов растений и животных, памятников природы; организация заповедников, резерватов, национальных природных парков; экологическое просвещение.

Всемирный фонд охраны дикой природы –самая многочисленная частная международная экологическая организация. Создана в 1961 г. Деятельность фонда заключается в основном в оказании финансовой поддержки природоохранным мероприятиям. В природоохранные проекты России уже вложено более 12 млн долларов США.

Римский клуб международная неправительственная организация. Создана в 1968 г. Основная форма его деятельности – организация крупномасштабных исследований по широкому кругу проблем, преимущественно в социально-экономической области, включая такие, как истощение природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, народонаселение, рост экономики.

Гринпис –независимая общественная организация, ставящая своей целью предотвращение деградации окружающей среды. Создана в Канаде в 1971 г. Имеет статус полноправного члена или официального наблюдателя в ряде международных конвенций по охране окружающей среды; имеет отделения в 32 странах мира, в том числе в России, где его официальное представительство действует с 1992 г.

§

В истории развития международного сотрудничества в области охраны окружающей среды можно выделить следующие этапы.

1. В 1968 г. по инициативе одного из экономических директоров компании«Фиат» А. Печчеи группой ученых и общественных деятелей был создан Римский клуб – международная неправительственная организация, которая внесла значительный вклад в изучение перспектив развития мирового сообщества и пропаганду идеи о необходимости гармонизации отношений человека и природы [17, 21]. Ее члены поставили своей целью построить прогнозы близкого будущего; привлечь внимание широкой общественности и правительственных организаций разных стран к наиболее острым глобальным проблемам – неконтролируемому росту населения и непрерывному уменьшению естественных ресурсов планеты; представить мировому сообществу доводы о необходимости мер по предотвращению глобального эколого-экономического кризиса. Впервые на основе компьютерного системного анализа они попытались создать математические модели глобального динамического единства экономических, технических, социальных и экологических систем.

Ряду выдающихся ученых того времени была заказана серия «Докладов Римскому клубу». Полученные результаты прогнозирования перспектив развития мирового сообщества по компьютерным моделям были опубликованы и обсуждались во всем мире.

В 1972 г. профессор Д. Медоуз издал первый доклад «Пределы роста», в котором был сделан следующий вывод: при сохранении современных темпов роста населения и экономического развития в ближайшее столетие произойдет истощение природных ресурсов и ухудшение качества окружающей среды, что приведет к гибели людей и сокращению объемов производства. В середине 21 в. наступит глобальная экологическая катастрофа. Поэтому необходима безотлагательная разработка практических мер по поддержанию устойчивости мировой системы.

Таким образом, благодаря деятельности Римского клуба человечество получило возможность оценить создавшуюся экологическую ситуацию и предпринять определенные действия на пути к устойчивому развитию.

2. Первая Всемирная конференция по окружающей среде состоялась в Стокгольме в 1972 г. В ней участвовали представители 113 государств. На этой конференции впервые было сформулировано понятие экоразвития как экологически ориентированного социально-экономического развития, при котором рост благосостояния людей не сопровождается ухудшением среды обитания и деградацией природных систем. По итогам работы конференции была принята декларация, в которой определялись стратегические цели и направления действий мирового сообщества в области охраны окружающей среды. Декларация содержала 26 основных принципов охраны окружающей человека среды.

3. Конференция ООН по окружающей среде и развитию 1992 г. (Риоде-Жанейро) считается крупнейшим экологическим форумом в истории человечества: в ней участвовали 179 глав государств и правительств мирового сообщества, представители 1600 неправительственных организаций.

Конференция приняла несколько важных документов, среди них:

Декларация Рио об окружающей среде и развитию. Ее 27 принципов определяют права и обязанности стран в деле обеспечения развития и благосостояния людей;

Повестка дня на XXI век – всемирная программа действий, содержащая перечень мер по обеспечению устойчивого развития в различных областях человеческой деятельности: в политике, экономике, регулировании народонаселения, здравоохранении, рациональном использовании природных ресурсов, законодательстве, науке, просвещении;

Заявление о принципах управления, сохранения и устойчивого развития всех типов лесов;

Рамочная конвенция по проблеме изменения климата (РКИК), цель которой – добиться стабилизации концентрации газов, вызывающих парниковый эффект, на таком уровне, который не вызовет опасного дисбаланса в мировой климатической системе. Выдвинутые РКИК цели и задачи стали впоследствии предметом регулярных международных конференций. Самой важной оказалась Третья конференция по РКИК в Киото (Япония, 1997 г.), где был подписан Киотский протокол. Этот документ является уточняющим и детализирующим реализацию Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Из Киотского протокола следует, что промышленно развитые страны и государства с переходной экономикой берут на себя обязательства, обеспечивающие совокупное сокращение уровня выбросов парниковых газов (преимущественно СО2) в 2008 – 2022 гг. на 5 % по отношению к уровню их выбросов в 1990 г. Предполагается, что уровень сокращения выбросов парниковых газов будет не одинаков для разных стран: для более развитых стран он будет выше. Для каждой из стран – участниц протокола устанавливаются ограничения для выбросов в абсолютной величине в форме квот. Предусматриваются экономические механизмы, позволяющие сокращать выбросы (торговля квотами на выбросы парниковых газов);

Конвенция по биологическому разнообразию, которая требует от всех стран принятия мер по сохранению разнообразия живых организмов.

Одним из важнейших итогов Конференции ООН 1992 г. было принятие Концепции устойчивого развития. В ее основу положено осознание факта неразрывной связи социально-экономического развития и окружающей среды. Согласно определению, данному Международной комиссией ООН по окружающей среде, устойчивое развитие – такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои потребности. Иными словами, устойчивое развитие определяется как развитие, позволяющее на долговременной основе обеспечить стабильный экономический рост, не приводящий к деградации окружающей среды. В документах Рио-92 подчеркивается, что устойчивое развитие охватывает несколько аспектов:

• создание условий гармонии человека и природы, обеспечение полноценной жизнедеятельности человека;

• рассмотрение охраны природы как составной части процесса развития цивилизации;

• сокращение разрыва в уровнях жизни между развитыми и

развивающимися странами;

• балансирование между удовлетворением потребностей социума и сохранением природной среды как для настоящих, так и для будущих поколений.

4. Всемирный саммит по устойчивому развитию «Рио 10»

(Йоханнесбург, 2002 г.). На саммите, в котором приняло участие более 190 глав государств мирового сообщества, были подведены итоги первого десятилетия движения мирового сообщества по пути к устойчивому развитию и сделаны следующие выводы.

1. Усилия, предпринимаемые мировым сообществом для стабилизацииэкологической ситуации и выхода цивилизации на уровень устойчивого развития, не привели к желаемым результатам. Не удалось существенно повысить качество жизни человека и остановить опасные изменения естественных экосистем.

2. Причины, ограничивающие движение социума в направленииустойчивого развития, следующие:

• отсутствие эффективного механизма управления;

• ограниченность финансирования;

• трудности координации мировых и национальных усилий в реализации стратегии устойчивого развития;

• возрастающий разрыв в масштабах производства и потребления в развитых и развивающихся странах.

Дискуссии на «Рио 10» показали, что, с одной стороны, реализация на мировом уровне модели устойчивого развития цивилизации оказывается не такой простой задачей, как казалось в начале 1990-х гг. С другой стороны, именно со стратегией устойчивого развития связываются позитивные перспективы цивилизации. В широком смысле устойчивое развитие понимается как процесс, соответствующий новому типу функционирования цивилизации с экономическими, социальными, экологическими и культурными параметрами, радикально отличающимися от сложившихся исторически, т.е. ставится задача управления не только природно-ресурсным потенциалом, но и всей совокупностью природно-социокультурного богатства. По существу, речь идет о пути достижения гармонии общества и природы – эпохе ноосферы.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какие формы международного сотрудничества в области охраныокружающей среды вам известны?

2. Перечислите основные специализированные международныеорганизации по охране окружающей среды, существующие при ООН.

3. Перечислите основные направления деятельности ЮНЕП. В чемособенности таких организаций, как ВОЗ, ФАО, ВМО?

4. Приведите примеры глобальных и региональных природоохранительных международных договоров по охране окружающей среды.

5. С какой целью был создан Римский клуб? Каковы главные итогидеятельности этой организации?

6. Что такое экоразвитие? Когда впервые было введено это понятие?

7. Какие документы были приняты на конференции в Рио-де Жанейро?

8. Что означает понятие «устойчивое развитие»? В чем его особенности?

9. Перечислите основные итоги Всемирного саммита по устойчивомуразвитию «Рио 10».

10. О чем говорится в Киотском протоколе?

Заключение

Сформировавшаяся к концу 20 в. техногенная цивилизация, ориентированная на количественный рост показателей развития, подошла к своим критическим рубежам. Обозначились и продолжают интенсивно углубляться глобальные проблемы, которые принято называть экологическими: неуправляемый рост населения планеты, мощное антропогенное воздействие на биосферу, истребление природных ресурсов, сокращение биоразнообразия, загрязнение окружающей среды, угроза здоровью человека – вот неполный круг проблем, от разрешения которых зависит жизнь и судьба человечества в третьем тысячелетии. С одной стороны, деятельность человека, обеспечивающая развитие современной цивилизации, привела к деградации природы. С другой – человечество обладает неисчерпаемым интеллектуальным и технологическим потенциалом для решения глобальных проблем. Надежды на их преодоление общество усматривает в переходе к новым цивилизационным моделям, основу которых составляют коэволюционная стратегия – стратегия осуществления взаимосвязанного, устойчивого (неразрушимого) развития природы, общества, культуры и сознания человечества, новое цивилизационное мышление, ориентированное на формирование новой социальной идеологии, способной изменить менталитет общества.

Главная идея концепции устойчивого развития заключается в создании условий и механизмов для взаимосвязанного социально-экономического и экологического развития. Эта идея следует из осознания того, что проблемы природной среды должны рассматриваться в единстве с социальноэкономическими процессами. Только в этом случае возможно обеспечить право людей на здоровую и качественную жизнь, уменьшить разрыв в уровне жизни народов мира, развивающихся и развитых стран. Устойчивое развитие несовместимо с искусственной иерархией мирового сообщества, организованной на чисто потребительских принципах. Благополучному существованию одних регионов за счет природных ресурсов других рано или поздно придет конец. Чтобы обеспечить устойчивое будущее, потребуется изменить мировую экономику, структуру потребления, демографическую политику, переосмыслить многие ценности и во многом отказаться от привычного образа жизни. Становится все более очевидным, что природа требует от нас не только и не столько технических, сколько социальных новаций. Нужна не просто иная технология, а иная организация социальной жизни, иная культура, не сводимая исключительно к экономическому интересу, к неконтролируемому росту потребления материальных ресурсов и ценностей.

В контексте современных проблем цивилизации одной из стратегических задач системы образования является формирование личности с высоким уровнем общей и экологической культуры, ориентированной на непрерывное саморазвитие и приоритет общечеловеческих ценностей, способной обеспечить своей деятельностью условия перехода своей страны и всего мирового сообщества к устойчивому развитию. Совершенствование человека, его интеллект, гуманизм, нравственность выступают важнейшими компонентами в системе экологического образования и воспитания. Экологическая культура как интегративное личностное качество, характеризующее поведение и деятельность человека в социоприродной среде, основана не только на научной системе знаний в области экологии, но и на гуманистическом мироощущении, чувстве высокой ответственности за окружающую природную среду и любви к природе. Уровень экологической культуры определяет убеждения, принципы деятельности и потребления человека, его нормы поведения по отношению к окружающей природной среде, профессиональную деятельность и быт.

Способность обеспечить устойчивое развитие, при котором проблемы сегодняшнего дня решаются без ущерба для интересов будущих поколений, определяется технической, экономической, экологической и социальной грамотностью выпускников высших учебных заведений. От их знаний, умений и уровня экологической культуры зависит возможность решения экологических проблем, улучшения качества окружающей среды и сохранения природных богатств.

«Берегите эти земли, эти воды, даже малую былиночку любя. Берегите всех зверей внутри природы, убивайте лишь зверей внутри себя»

(Е. Евтушенко).

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий