За счет антропогенного воздействия меняется состав атмосферы. Так, за последние 100 лет в результате деятельности человека в атмосферу поступило около 360 млрд. т углекислого газа, т. е. его содержание увеличилось примерно на 15% (а в ближайшей перспективе ожидается рост на 30%). СО2 служит регулятором теплового баланса на поверхности Земли, действует подобно крыше теплицы, которая пропускает солнечный свет, но частично задерживает тепло. Повышение концентрации CO2 может привести к парниковому эффекту, когда тепло будет рассеиваться в значительно меньшей мере. В результате может произойти общее изменение климата с глобальным потеплением, которое вызовет таяние льдов Арктики и Антарктиды и затопление низменных территорий, где проживает около трети населения мира. Необходимо учитывать также рост количества метана в атмосфере, концентрация которого хотя и намного меньше, чем CO2, но эффективность в создании парникового эффекта на несколько порядков больше.
Не меньшую озабоченность вызывают изменения состава стратосферы, где расположен озонный слой. В больших количествах в атмосферу выбрасываются фреоны (фторхлоруглероды), которые, поднимаясь в стратосферу, вступают в сложный процесс взаимодействия с озонным слоем, защищающим все живое на Земле от ультрафиолетового излучения Солнца. Наблюдения показали, что за последнюю четверть века эффективная толщина озонного слоя уменьшилась, появляются так называемые “озонные дыры”. Ситуация осложняется скрытым характером процесса: то, что наблюдается сегодня, определяется событиями, происходившими годы назад.
Загрязнение гидросферы приводит к целой совокупности негативных последствий. Так, в мировой океан непрерывно сбрасываются самые разнообразные загрязнения, только нефти и нефтепродуктов туда ежегодно попадает более 10 млн. т. Морские животные накапливают в себе яды, в частности ртуть, свинец, кадмий, ДДТ. Опасное положение складывается в ряде морей вокруг Европы, где около берегов в больших количествах наблюдаются сальмонеллы и кишечные палочки. За счет поступления в воду нитратов и фосфатов возникает эвтрофикация – интенсивное развитие растений: зарастают прибрежные зоны. уменьшаются прозрачность воды и содержание в ней кислорода, приводя к массовой гибели придонных организмов.
Биологические процессы на суше также подвергаются негативному воздействию загрязнений. При сгорании ископаемого топлива в атмосферу попадают окислы серы и азота. Попадая в состав дождевых капель, они закисляют и поражают почвы, водоемы, леса. Уже около половины лесов Северного полушария в той или иной мере деградировали вследствие кислотных дождей. И это только начало. Так как кислотная среда активна, то она может вступать в реакции, образуя новые токсины. Может наступить момент, когда с ростом концентрации загрязнений скачкообразно возрастет степень их воздействия на биосферу.
Окружающая среда также подвергается быстро увеличивающемуся радиационному загрязнению, обусловленному ростом количества радиоактивных отходов, испытаниями ядерного оружия, развитием ядерной энергетики. Элементы, которых ранее не существовало в природе, беспорядочно рассеяны по всей Земле. Сейчас в мире нет ребенка, в костях которого не содержалось хотя бы небольшого количества стронция-90. К середине следующего столетия масса радиоактивных элементов в объектах биосферы может возрасти на порядок.
Все больше трудностей создает быстрое увеличение массы отходов. Составляя по своей биомассе тысячные доли процента живого вещества планеты, человечество создает в тысячи раз больше отходов, чем вся биосфера, приращивая его в два раза каждые 15 лет. Сохранение имеющихся тенденций выброса отходов к 2020 году приведет к увеличению в окружающей среде свинца – в 10 раз, ртути – в 100, мышьяка – в 250. Экспоненциально нарастающий поток бытовых и производственных отходов, содержащий тяжелые металлы и другие абиогенные вещества, нарушает сложившиеся глобальные циклы и создает предпосылки генетических изменений.
Усугубляется кризис городов. Большие города (вместе с пригородными зонами) занимают обширные территории и сосредотачивают более половины населения Земли. Они представляют собой особую, искусственно поддерживаемую среду обитания. Поток средств существования, включая чистый воздух и воду, приходит извне, а внутри образуется мощный поток отходов. Резко изменились все естественные экосистемы, идут процессы накопления вредных веществ в почвах, воде, подземной среде, биоте. Возрастает заболеваемость, смертность, рождение детей с различными аномалиями.
Нарастает дисбаланс веществ окружающей среды. Если отходы жизнедеятельности организмов органически вписываются в сложившиеся за миллионы лет процессы разложения и утилизации, то стремительно нарастающий поток производственных и бытовых отходов и загрязнений приводит к дисбалансу химического состава среды обитания. Как известно, эволюция живого вещества шла в основном за счет легких элементов: сотни миллионов лет поддерживалось их оптимальное соотношение. В настоящее время происходит резкое увеличение концентрации тяжелых элементов. Особенно на процессы метаболизма влияют тяжелые металлы, которые по своей химической природе являются комплексообразователями. Существует мнение, что 70-80% онкологических заболеваний вызваны вредным воздействием окружающей среды, появляется опасность генетической катастрофы.
В настоящее время движение к неуправляемой и непредсказуемой ситуации набирает обороты. По каждой из отмеченных проблем идет непрерывное нарастание параметров, характеризующих ухудшение экологической ситуации. Такой рост не беспределен – существуют критические значения параметров, за которыми могут начаться катастрофические явления. В предсказании изменений окружающей среды важнейшую роль должна играть наука, однако здесь еще много неизвестного. Это касается пределов устойчивости, недостаточного знания побочных эффектов, связанных с антропогенными воздействиями, а также возможностей возникновения катастрофических явлений. Привычные лабораторные эксперименты далеко не всегда дают адекватное описание таких объектов, как атмосфера, геологическая среда, космос.
Рассогласование в биосфере. Особую тревогу вызывают негативные процессы в биосфере. Иногда их объединяют в понятие биосферного кризиса. Как известно, биосфера представляет собой целостную, согласованно функционирующую систему, а человек – ее неразрывную часть. Так же, как и любой живой организм, популяция, биоценоз, биосфера имеют свои пределы устойчивости. Если раньше антропогенные нагрузки были далеки от этих пределов и не могли повлиять на биосферу в целом, то сейчас, когда деятельность человека достигла планетарных масштабов, эта проблема стала весьма актуальной. За последние полвека процессы, обусловленные антропогенным воздействием, в той или иной степени затронули все организмы, популяции, экосистемы. Ядовитые и вредные вещества (включая радиоактивные), содержащиеся в сточных водах, отбросах, отходах производства, выхлопных газах, попав в экосистемы, не исчезают бесследно. В результате нарушается сбалансированность биоценозов, теряется способность к самоочищению и саморегулированию, рвутся сложившиеся в ходе длительной эволюции взаимосвязи, происходит их деградация. Ситуация усугубляется с появлением все новых химических препаратов, широко применяемых для продовольственных, сельскохозяйственных, бытовых, медицинских целей. Ежегодно внедряются в практику сотни новых химических веществ, а синтезируются – тысячи; общее число их превышает 6 млн. Многие из них становятся причиной острых и хронических заболеваний. Наступает переломный момент и в состоянии экосистем и биосферы в целом.
Идет ускоренный процесс вытеснения дикой природы, сокращаются места обитания естественных биоценозов. Под непосредственным хозяйственным воздействием уже находится 50% суши, а 20% – лишены естественного покрова. Естественные системы замещаются искусственными, полностью зависящими от человека. Ежегодные темпы уничтожения лесов составляют около 10 млн. га. В соединении с угрозой планктону за счет загрязнения морей это в перспективе может создать проблему возобновления кислорода. Интенсифицируются процессы опустынивания, деградации и загрязнения почв.
Ежегодное падение числа видов животных и растений можно назвать катастрофическим. За восьмидесятые годы в среднем 1 вид животных исчезал ежедневно, а 1 вид растений – еженедельно. Вымирание угрожает более чем 1000 видов млекопитающих и птиц. Под угрозой полного уничтожения находятся более 25 тыс. видов высших растений. Утрата разнообразия ведет к неустойчивости.
Развертывается процесс разбалансирования системы регуляции биосферы. В биосфере существуют механизмы регулирования, приспособления, восстановления на любых уровнях, но только до определенных пределов, далее наступает разбалансировка. В условиях современного экологического кризиса можно выделить два основных фактора: интенсивность воздействия и быстрота изменения обстановки. При интенсивных и быстрых изменениях внешних условий существенную роль может играть различие характерных времен мутационных и метаболических процессов у одноклеточных и многоклеточных организмов. Их отношение может достигать миллионов. Другими словами, за относительно малые для высших организмов сроки микроорганизмы могут существенно изменить свои свойства. Многоклеточные, особенно высшие организмы, не успевают приспособиться к изменившемуся миру микроорганизмов за столь сжатые сроки. Кроме того, в низших звеньях трофических (пищевых) цепей могут накапливаться определенные токсические вещества из окружающей среды, а также – аккумулироваться патогенные бактерии.
