Проект «Наука — школе», часть 2

Отходы и человечество

Скорик Юрий Иванович,кандидат химических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН

Построим обсуждение обозначенной проблемы вокруг следующих четырёх тезисов.

Тезис 1. Чем больше численность населения Земли (или конкретной страны, города, местности) и чем выше уровень жизни населения, тем больше отходов люди производят и тем сложнее эти отходы собрать и обезвредить.

С доисторических времён и до наших дней численность населения Земли постоянно возрастает, причём начиная с середины ХХ века этот рост становиться все стремительнее. По кривой, приведённой на этом рисунке, легко заметить, что с 1960 г. по 2010 г., т.е. лишь за последние 50 лет численность населения Земли возросла более чем в 2,3 раза, а по отношению к 1800 г., т.е. за последние 210 лет, эта численность возросла в 7 раз!

Одновременно весьма быстрыми темпами возрастают технологическая оснащённость человечества и производительности его труда. Как видно из диаграммы, приведённой на рисунке 2, уровень производства, приходящийся на одного жителя Земли, за те же 60 лет возрос более чем вдвое. А ведь рост производства означает рост потребления, т.к. всё, что производится, находит своих потребителей. Т.о. происходит постоянный рост уровня жизни населения Земли, т.е. возрастает подушное потребление материальных благ.

В свою очередь, чем больше материальных благ люди потребляют, тем больше образуется различных отходов. Этот тезис подтверждает диаграмма рисунка 3, на которой приведён уровень образования твёрдых бытовых отходов на душу населения в некоторых европейских странах, а также в Японии, в США и в России.

На этой диаграмме видно, что в США твёрдых бытовых отходов образуется почти вдвое больше, чем в Японии и в странах Европы. Видимо, это обилие отходов есть следствие американского образа жизни. Такое социальное явление специалисты часто называют возникновением «общества потребления», хотя можно сомневаться, является ли такое общество благом для населения, например, для самих жителей США.

Кстати, сейчас в среде социологов имеются научные разработки, позволяющие, по мнению их создателей, оценивать уровень жизни населения различных стран или городов по количеству и составу отходов, которые это население образует. Согласно такой методике, уровень жизни в Москве заметно выше, чем в Санкт-Петербурге или в среднем в Российской Федерации.

Что касается отходов России, то образование твердых коммунальных отходов в нашей стране на приводимой диаграмме выглядит почти таким же, как и в экономически развитых странах Западной Европы и Японии. Однако не нужно забывать о том, что учёт образования отходов, да и учёт дальнейшего обращения с ними, поставлен в нашей стране плохо, а сведения об этих процессах, в т.ч. приводимые в официальных документах, нередко представляются завышенными. В самом деле, знаменитый в своё время английский политик Дизраэли говорил, что ему известны три вида джи: просто ложь, грубая ложь и статистика. В данном случае завышение количества образовавшихся отходов выгодно и структурам ЖКХ, и перевозчикам отходов, т.к. это даёт им возможность повысить свою прибыль за наш с вами счёт.

Всё же существенный рост количества отходов, и бытовых, и так называемых «подобных бытовым», в России также отмечается в последнее время практически постоянно. Это обстоятельство иллюстрирует диаграмма рисунка 4 на примере Санкт-Петербурга. Нижняя часть столбиков этой диаграммы представляет образование в нашем городе твердых бытовых отходов, а верхняя часть столбиков – отходов от нежилого фонда, т.е. от учреждений коммунальной инфраструктуры (это образовательные, зрелищные, медицинские организации и т.д.), а также предприятий торговли, мелких производственных предприятий, офисов. На диаграмме видно, что происходит заметный рост количества и тех, и других отходов.

При этом следует подчеркнуть одно весьма существенное обстоятельство, а именно то, что отходов не только образует всё больше, но со временем усложняется их состав. Новые пластики, различные композиционные материалы, ранее не существовавшие, для механизмы разложения которых в природных условиях отсутствуют, могут без заметных изменений сохраняться в природных условиях многие десятки лет, захламляя обширные территории земельных угодий, особенно в пригородных зонах.

Подводя итог сказанному, можно отметить, что с развитием производства и потребления отходов становится всё больше, их состав и свойства постоянно изменяются, отходы становятся более устойчивыми к природным условиям, а поэтому проблема переработки и обезвреживания образовавшихся отходов выглядит всё острее.

Тезис 2. Все материальное, что создаётся человечеством, рано или поздно становится отходом.

В качестве источника материальных природных ресурсов человечество использует либо минеральные запасы, существующие в земной коре, либо те источники ресурсов, которые возникают в живой природе. Важно, что эти последние непрерывно возобновляются за счёт поглощения биосферой солнечной энергии.

Представим себе, что нам нужен некий минеральный ресурс, который мы извлекаем из земной коры. Обозначим всю горную массу, извлечённую нами из земных недр, как 100%. Тогда окажется, что более 90% извлечённого нами вещества сразу же окажется отходом осуществляемого нами процесса и останется на поверхности в виде вскрышных пород, вод с высокой минерализацией и иных не нужных нам горных пород или минеральных растворов. Оставшаяся масса в количестве менее 10% от извлеченной массы, идёт в промышленный передел, превращается в сырьё, подготовленное для переработки, в материалы и в иные ресурсы. Продукция, приготовленная из всего этого, составляет лишь 5-6% от массы извлечённых нами из литосферы горных пород. Произведённая материальная продукция некоторое время используется людьми, а затем, в свою очередь, превращается в отход, нуждающийся в правильном обращении.

Как это ни парадоксально, но из приведённых выше рассуждений следует такой вывод: нынешняя цивилизация, в конечном счёте, занята производством отходов.

Тезис 3. Очевидно, что образующиеся отходы нужно как-то собирать, обезвреживать, утилизировать и захоранивать. Как это сделать лучше всего?

Выше уже отмечалось, что в наше время природа не в состоянии сама обезвредить те отходы, которые образует человечество, т.к. отходов слишком много, они сложны по составу и различны по свойствам, к тому же многие из них трудно поддаются разрушению в природных условиях. Поэтому природе нужно помочь, но как это сделать, не нанося окружающей нас среде ещё бóльшего ущерба?

Поэтому вопрос «Что нам делать с отходами?» является сегодня одним из самых острых и сложных из числа вопросов, стоящих перед человечеством.

На рисунке 5 изображена иерархическая схема обращения с отходами, целесообразная с точки зрения экологической безопасности. Эта схема предусматривает, что первоочередной задачей является попытка избежать образования отходов. Если сделать этого невозможно, следует добиться минимизации их количества. При этом образовавшиеся отходы следует использовать (рециклизация, или утилизация). Отходы, которые не удаётся утилизировать, необходимо перевести в малоопасное состояние и лишь после этого захоронить на полигоне.

Что касается России, то в нашей стране вопросам обращения с отходами, как с промышленными, так и с коммунальными, уделяется, к сожалению, внимание, явно недостаточное, причём этот недостаток характерен как для государственных и муниципальных властей, так и для населения. В качестве примера, характеризующего уровень российского способа обезвреживания отходов, приведём сравнительные данные об обращении с коммунальными отходами в Королевстве Швеция и в городе Санкт-Петербург. Это сравнение достаточно уместно хотя бы в связи с тем, что численность населения сравниваемых объектов не слишком различна: в Швеции проживает 9,4 млн. чел., а в Санкт-Петербурге – ок. 5,5 млн. чел.. Результаты проведённого сравнения показаны на рисунке 6.

Из диаграммы рисунка 6 следует, что в хозяйстве Швеции используется более 80% массы образующихся отходов: более 30% - как вторичное сырьё, 8,5% расходуется на производство компоста, более 40% сжигается как топливо. Захоранивается на полигонах менее 20% отходов, переработка которых в полезную продукцию экономически не выгодна, т.к. обошлась бы слишком дорого.

Ситуацию с отходами в Санкт-Петербурге можно назвать обратной картиной того, как обходятся с ними в Швеции. Из отходов нашего города на полигонах захоранивается более 80%, а в полезную продукцию перерабатывается менее 20%, причём получаемый при этом компост не находит рыночного сбыта потому, что запрещён санитарной службой к использованию, т.к. сверх меры загрязнён токсичными веществами (гл. образом, «тяжёлыми» металлами).

Тезис 4. Для удовлетворительного решения проблемы обращения с отходами нам следует ответить на два традиционных для России вопроса:

«Кто виноват?» и «Что делать?»

Отходы как источник риска и как источник полезных ресурсов. Существует два альтернативных взгляда на отходы: это - санитарно-гигиенический и ресурсный аспекты. Оба они отражают две стороны одной проблемы.

С одной стороны, отходы представляют собой явление, опасное для объектов живой природы, т.к. в них содержатся много токсичных веществ и патогенных микроорганизмов, для их захоронения приходится выделять всё новые земельные угодья, пригодные для иного применения, не говоря уже о не слишком эстетичном виде свалок и о выделяемых ими скверных запахах.

Но с другой стороны, нельзя забывать, что отходы являются мощным и практически неиссякаемым источником сырьевых ресурсов, которых всё сильнее не хватает человечеству. Чем больше отходов люди будут использовать, тем меньше их будет направлено на свалки, и в то же время – тем меньше сырья людям будет необходимо извлекать из природных источников.

Что такое хорошо, что такое плохо? Главная российская проблема, затрудняющая правильное обращение с отходами. состоит в невежестве и населения, и чиновников, которые на своём уровне отвечают за решение данной проблемы. Все граждане страны должны знать, что правильно и что неправильно при обращении с отходами. Связь знаний населения и культуры его поведения неразрывна и важна всегда, в т.ч. и при обращении с отходами. Как некогда провозгласил мудрый Фрэнсис Бэкон, «Знание – сила!» Людям нужно знать, как следует и как не следует поступать с отходами. Там, где общество воспитывает культурных и знающих людей, проблема опасных отходов постепенно теряет остроту. Поэтому можно провозгласить: Нет опасных отходов, а есть опасное обращение с ними!

Что делать? В деле формирования в обществе рационального отношения к отходам трудно переоценить роль педагогических кадров. Один петербургский чиновник как-то рассказывал мне, что, будучи в Швеции, он видел, как депутаты шведского риксдага единодушно голосовали за увеличение государственных расходов на охрану природы, хотя в предыдущем бюджете эти расходы и без того были предусмотрены чуть ли не на порядок более высокими, чем наши российские. Наш чиновник спросил: «Видимо, вам, шведам, некуда девать деньги?» и в ответ он услышал: «Всем шведам ещё с младенческих лет привита мысль о том, что недопустимо жалеть средства на охрану природной среды, в которой они живут. Такими защитниками природы их воспитали наши учителя!»

Очень хотелось бы, чтобы российские учителя воспитывали своих учеников в том же духе и не хуже, чем это делают учителя шведские.

ОЗЕРА И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Трифонова Ирина Сергеевна, доктор биологических наук, профессор,зам. директора Института озероведения  Российской академии наук

В последнее время в связи с проблемой дефицита чистой пресной воды к большим озерам мира привлечено особое вни¬мание Запасы пресной воды на Земле по сравнению с запасами морской очень малы. Озера и водохранилища можно рассматривать как основные резервуары пресной воды на нашей планете и этим определяется их значение для поддержания жизни человечества. Около 20 наиболее крупных глубоких озер содержат значительную часть мировых запасов пресной воды. Так в Байкале - глубочайшем озере мира содержится 10% всех пресных вод.

Использование ресурсов озер чрезвычайно разнообразно. Многие из них непосредственно используются в качестве источников питьевой воды, многие- для хозяйственного водоснабжения. Стремительно растет потребность в зонах отдыха и рекреационное использование озер. Озера привлекают своей красотой, возможностью купания, катания на лодках, рыбной ловли. Многие озера используются не только для любительского, но и промышленного рыболовства.

Озера представляют собой сложные экосистемы, включающие не только собственно водоем и населяющие его биоценозы, но и водосборный бассейн, оказывающий непосредственное воздействие на озеро. Озера в ландшафте играют роль накопительных систем, аккумулируя приносимые с водосбора минеральные и органические вещества. Антропогенные преобразования водосборов наиболее пагубно сказываются на экологическом состоянии водоемов и качестве их вод.

Экологические проблемы, возникающие в результате антропогенного влияния связаны с эвтрофированием, загрязнением и ацидификацией водоемов. Это прежде всего водохозяйственные вопросы (качество воды), состояние биологических ресурсов имеющих важное хозяйственное значение, нормальное функционирование водных экосистем, сохранение естественного биоразнообразия и т.д. Исходя из огромной значимости озер даже частичную утрату их природ¬ных ресурсов можно рассматривать как ущерб национальному достоянию. Современные экологические проблемы озер вызывают серьезную тревогу об их будущем.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИНВАЗИИ – РАССЕЛЕНИЕ ВИДОВ ПРИ СОДЕЙСТВИИ ЧЕЛОВЕКА

(водные беспозвоночные и континентальные водоемы)

Орлова Марина Ивановна, доктор биологических наук,ведущий научный сотрудник Зоологического института Российской академии наук

Антропогенное расселение видов [биологические инвазии (далее инвазии)] происходит c времен неолита вследствие снятия географических и экологических барьеров, сдерживающих естественное распространение. Научный и практический интерес к процессу определяется его заметным влиянием на современное состояние наземных и водных экосистем Земного Шара. В разных странах число зарегистрированных чужеродных видов колеблется от 100 до 10000 (Lodge, 1993). Негативные последствия их вселения часто определяют как «биологическое загрязнение» (Elliot, 2003), а сама тема инвазий широко освещена в литературе .

Основными задачами лекции были:

(1) ознакомить с терминологическим аппаратом и ввести в курс современных представлений о предпосылках, причинах и результатах инвазий;

(2) показать разнообразие инвазий и их причин;

(3) на примере наиболее изученных случаев инвазий водных беспозвоночных в континентальные водоемы Голарктики познакомить слушателей с основными направлениями исследований чужеродных видов.

В лекции показано, что инвазиями охвачены и наземные и водные экосистемы, несмотря на то, что сам человек наземный вид. Наиболее подвержены инвазиям континентальные и прибрежные морские экосистемы.

В рассмотренных в лекции районах Голарктики (Северная Америка, Европа и особая территория, которой присвоен статус самостоятельной области – Понто-Каспийская солоноватоводная область) к концу 2008 года было зарегистрировано 500 видов водных беспозвоночных – вселенцев. В зависимости от того, что из себя представляет водоем вселенцев в них может быть до 120 видов. Основной способ расселения таких видов - судоходство, существенная роль акклиматизаций и дальнейшего самостоятельного расселения по созданным человеком полуискусственным водным объектам – каналам и водохранилищам. Отмечено, что водоемы, находящиеся в сфере хозяйственной деятельности человека более восприимчивы к инвазиями, то есть не только занос, но также натурализации и интеграция чужеродного вида в таких водоемах, структура живых сообществ которых прямо и опосредовано (через местообитание) уже изменена за счет случайного или преднамеренного воздействия человека, там происходят легче и быстрее.

Состав чужеродной фауны в сравнении с аборигенной необычен. Среди вселенцев континентальных вод наряду с типично пресноводными видами, то есть так называемыми палелимническими встречаются и виды недавнего морского происхождения (талассоиды). У таких видов может сохраняться морской жизненный цикл со свободноживущей, играющей важную роль в транспортировке с балластными водами судов и дальнейшем расселении по каналам и водохранилищам планктонной личинкой. Встречаются в континентальных водах и морские эвригалинные виды, а также физиологически пресноводные и олигогалинные, занимающие промежуточное положение между морскими эвригалинными и талассоидами.

Инвазии – явление, имеющее большое научное и практическое значение. Инвазии являются одновременно предпосылкой (предоставляя разнообразный материал для действия отбора в ходе различных стадий инвазионного процесса) и фактором (меняя через натурализацию и интеграцию чужеродных видов в сообщества систем-реципиентов свойства этих систем) современной эволюции живой природы, что, впрочем, харарктерно и для естетсвенных процессоврасселения, в том числе и происходивших в геологическом прошлом палеоинвазий. Однако, имеется и существенное отличие – инвазия - осуществляемое человеком движение видов, будучи не всегда осознанным, носит направленный и регулярный характер , так как протекает по так называемым инвазионным коридорам (их структуре и действию посвящена специальная часть лекции), а вследствие «избирательного», регулярного и направленного протекания инвазий они могут существенно различаться от случаев естественного расселения по своему воздействию на наследственность и изменчивость материала в области инвазии в сравнении с историческим ареалом.

Основу многих агроценозов составляют чужеродные виды. Среди сельскохозяйственных растений обычны Американские (овощи сем. Пасленовых), кукуруза), Средиземноморские (капуста), азиатские (огурцы) виды, значительная часть декоративных растений тоже имеет отдаленное происхождение. Широкое распространение а аквакультуре получили дальневосточные рыбы, а карп, которого многие считают местным видом имеет азиатское происхождение. Среди вселенцев немало видов, приносящих значительный ущерб и экономические потери. Таков всем известных колорадский жук (вредитель картофеля) и менее известные водные организмы – двустворчатый моллюск недавнего морского происхождения дрейссена (рис. 2) и эвригалинный эврибионтный морской организм - гребневик мнемиопсис.

В лекции для усвоения слушателями основных положении формирующейся теории инвазий в доступной форме на хорошо изученных модельных видах водных беспозвоночных проанализированы основные результаты инвазий, филогенетические связи модельных видов, физико-географические особенности водоемов, вовлеченных в процесс инвазии, подтверждена обусловленность завершения инвазии не столько регулярными и множественными заносами, сколько соответствием биологических особенностей расселяющегося вида свойствам водоема-потенциального реципиента.

В заключительной части даны сведения об основных стратегиях предупреждения инвазий и роли общественности в раннем выявлении чужеродных видов и недопущении их расселения в водоемах общего назначения. Показано, что более результативны в решении проблемы «биологического загрязнения» превентивные подходы, ориентированные на обратимую фазу процесса (рис. 2), основанные на данных мониторинга и научных, в том числе прогностических, исследований.

БАЛТИЙСКОЕ МОРЕ: РАЗНООБРАЗИЕ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Орлова Марина Ивановна,доктор биологических наук,ведущий научный сотрудник Зоологического института  Российской академии наук

Балтийское море – крупнейший водоем, играющий исключительную роль в жизнедеятельности Санкт-Петербурга как приморского города. Балтийское море имеет длительную геологическую историю, которая сформировала его современные физико-географические условия, состояние и особенности биологического разнообразия в сравнении с другими солоноватоводными морями и континентальными водоемами.

Естественные факторы и особенности природопользования способствовали формированию основных экорегионов и ландшафтов Балтийского моря, их сходства и различий.

Фундаментальные и прикладные междисциплинарные исследования направленны на создание всесторонней и гибкой стратегии для долговременного управления природными ресурсами Балтийского моря и координации природопользования, исследований и охраны морских экосистем и экосистем побережья.

Финский залив – один из важнейших водных объектов Санкт-Петербурга и Ленинградской области, ключевой регион Балтийского моря, отличающийся высоким разнообразием условий. Это разнообразие определяется, прежде всего, местоположением залива в зоне сочленения Балтийского кристаллического щита и Русской плиты, его геологической молодостью и эстуарной природой. Вся восточная часть Финского залива является гигантским эстуарием – затопляемым устьем р. Невы, где выражены все естественные особенности (соленость, температура, мозаичность донного рельефа, течения, затоки, береговая линия и др.), формирующие структуры и функционирование живых сообществ.

Будучи узлом политических, экономических и культурных отношений, крупнейшей транспортной артерией в системе Восток-Запад, и в то же время объектом взаимосвязанной жизнедятельности и жизнеобеспечения народов, населяющих прибрежные страны Балтийского моря, Финский залив испытывает на себе разнообразные антропогенные воздействия, характерные и для других регионов Балтики. Ярким примером влияния хозяйственной деятельности на залив является массовое вселение чужеродных видов – видов вселенцев. В настоящее время изучаются причины и последствия этого явления, определяются основные направления дальнейших исследований по проблеме.