Опасный для экосистемы земли результат развития современных технологий: Опасна для экосистемы Земли результат развития современных технологий-несовместимось их

Экосистемные функции болот и их деградация вследствие мелиорации и торфодобычи

• Раздел: Болота
• Авторы: Багна
• Дата: 16.04.2020, 07:03

Покрывая лишь 6% поверхности Земли, водно-болотные угодья (ВБУ) обеспечивают непропорционально большое количество экосистемных услуг, в дополнение к сохранению биоразнообразия. Например, водно-болотные угодья также смягчают наводнения, защищают прибрежные районы от штормов, улучшают качество воды, заряжают подземные водоносные горизонты, служат в качестве поглотителей, источников или преобразователей материалов и производят продукты питания и товары для использования человеком. Это уникальные экосистемы, которые играют значительную роль в биосфере. Они выполняют следующие важные функции: аккумулятивная, биологическая, межкруговоротная, ландшафтная, газорегуляторная, геохимическая, гидрологическая и климатическая.

Болота представляют собой избыточно увлажненные участки суши с наличием торфа, где наблюдается выход грунтовых вод на поверхность без образования постоянного зеркала воды.

Торф образуется в основном из отмерших остатков растений, растущих в воде (камыш, тростник, ряска). Большинство болот возникали на месте бывших озер. Начало болотообразовательного процесса можно наблюдать и в настоящее время по берегам рек и озер, которые зарастают камышом, тростником.

К собственно болотам относят территории, где слой торфа достиг 30 см в толщину, остальные переувлажненные ландшафты называют заболоченными землями.

Площадь болот в мире превышает 5 миллионов квадратных километров. Большие площади болот есть и в странах Скандинавии, Великобритании, на севере Германии и США, а также в Канаде.

Характерной особенностью болот является преобладание анаэробных условий и анаэробных процессов с наличием достаточно узкой поверхностной зоны, населенной аэробными организмами. Процессы разложения органического вещества в болотах идут крайне медленно из-за низких температур, отсутствия кислорода, а также ряда других факторов.

Вследствие низких скоростей процессов деструкции в болотах растительные остатки только частично подвергаются процессам разложения и депонируются в виде торфа. Депонирование болотами парниковых газов, включая CO2, считается одной из самых важных функций болот в настоящее время в связи с рисками, которые несет с собой изменение климата.

Еще одна важная функция болот связана с водным балансом планеты. Болота — это важнейший компонент гидрологической сети и крупнейший резервуар пресных вод. Эта функция болот особенно важна в странах с равнинным ландшафтом. Поэтому болота являются важнейшим компонентом гидрологической сети.

Болота работают как фильтр. В зависимости от типа и глубины торфяной залежи пропускная способность (воды) болот составляет 100-685 м3/сут/га. Болота фильтруют многочисленные и опасные загрязнения, которые попадают в поверхностные воды из загрязненных атмосферных осадков, почв и грунтов водосборов, промышленных и бытовых стоков.

Исследования подтверждают роль торфяных болот как мощного комплексного сорбента многих химических элементов (в том числе тяжелых металлов), многократно снижающего их содержание в проходящих через болота водах.

При этом они полностью очищают от избыточного количества свинца воды атмосферных осадков^[1].

Первый барьер на пути загрязнений – механический, на котором задерживаются выпадающие из атмосферы пылевые частицы и аэрозоли, взвешенные в водах природные и техногенные минеральные, органоминеральные и органические частицы, а также гидрозоли и коллоиды, обогащенные сорбированными ими химическими элементами. Наиболее заметна работа этого барьера по периферии болот, где воды поверхностного стока сталкиваются с рыхлым торфом и болотной растительностью, обеспечивающим фильтрацию вод, задержку и осаждение твердых частиц. Микрорельеф болот также служит механическим фильтрующим барьером.

Вторым барьером служит физико-химический, он является основным для водорастворимых веществ, прежде всего ионов элементов, а также гидрозолей, поступающих на болота с поверхностными и грунтовыми водами.

Ионы элементов из поступающих вод и атмосферных осадков поглощаются гуминовыми веществами, тонкодисперсными частицами и полуторными оксидами, содержащимися в торфе и болотных водах. Глеевый и кислородный (окислительный) геохимические барьеры оказывают существенное влияние на миграцию химических элементов, валентность и подвижность которых резко меняются при смене окислительно-восстановительной обстановки.

Обводненной толще болот присуща восстановительная обстановка среды. Попадая в нее, элементы, подвижные в кислородных поверхностных водах, в частности медь и мышьяк, осаждаются на глеевом геохимическом барьере, который формируется по краям болот, а в водах, вертикально сверху вниз мигрирующих в торфяной залежи болота – в ее толще на границе распространения бескислородных глеевых вод. Это касается таких элементов, как Fe, Mn, Cd, Cu, Hg, Pb, Zn.

Особое воздействие на химический состав вод, проходящих через болота, оказывает растительность, служащая биогеохимическим барьером на пути миграции многих химических элементов, но прежде всего биофильных – N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Zn, Cu – которые она активно избирательно поглощает, в результате чего воды обедняются ими. Поглощенные болотными растениями элементы при их отмирании послойно аккумулируются в торфе и частично выносятся из него водами. Таким образом, живая растительность также является важным компонентом, обусловливающим фильтрующие и сорбционные свойства болот.

Несмотря на важность биосферного значения торфяно-болотных почв и торфяников, проблема оценки их современного экологического состояния, в частности уровня загрязнения тяжелыми металлами, до сих пор является относительно малоизученной. Исследования, проводившиеся на торфяниках украинской части Полесья, указывают на то, что варьирование содержания подвижных форм свинца более всего выражено в болотных почвах и осушенных торфяниках – коэффициент вариации изменяется от 77 до 79 % соответственно, что подтверждает техногенную природу происхождения этого загрязнителя и свидетельствует о неравномерности загрязнения им обследуемой территории. Свинец является приоритетным загрязнителем болотных почв, величина коэффициента опасности его достигает уровня 1,5.

Максимальный вклад в величину суммарного цинкового эквивалента токсичности на болотных почвах и осушенных осоковых и древесно-осоковых торфяников вносят свинец и марганец, а на низинных торфяниках – медь и марганец. На возможность накопления свинца болотными почвами указывается и в работе С. Е. Головатого, проводившего исследования на территории Республики Беларусь^[12].

Загрязнение почв тяжелыми металлами – один из важнейших факторов, определяющих экологическое состояние наземных экосистем.

Большая часть тяжелых металлов поступает в окружающую среду в результате деятельности человека. Свинец (Pb) и кадмий (Cd) относят к числу высокотоксичных и опасных тяжелых металлов, которые попадают в окружающую среду в результате деятельности предприятий по добыче и переработке цветных металлов, при работе тепловых электростанций, использовании удобрений и пестицидов. Они также поступают в экосистемы с галогенидами и оксидами металлов, содержащимися в выхлопных газах автомобилей, в составе отходов, образующихся при изготовлении и переработке аккумуляторных батарей, из сточных вод бытовых отходов.

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами влияет на здоровье населения и наносит экономический ущерб^[2].

Водоочистительная функция болотных экосистем – это важная экосистемная услуга, которая может быть оценена.

Рассмотрим, как это работает на примере болота Ельня^[7]. Экономическая оценка водоочистительной функции болотных экосистем определяется по их фильтрующей способности, сравниваемой с фильтрующей способностью промышленной очистной установки с пропускной способностью в 1500 м3/сут, цена которой в среднем достигает 50 000 USD, а срок службы – не менее 50 лет.

Болото Ельня. © Виктор Малыщиц

Верховые болота по сравнению с остальными типами обладают максимальной пропускной способностью 685 м3/сут/га, т.е. 2 га верхового болота очищают сточные воды эквивалентно одной промышленной очистной установке.

По результатам расчета, стоимостная оценка сорбционной (водоочистительной) функции верхового болота Ельня составляет 9 126 000 USD/год.

На торфяном болоте движение воды осуществляется в основном путем фильтрации в растительном очёсе и в торфяной залежи в направлении градиента напора либо путем свободных потоков по поверхности болота и внутри залежи по водоносным жилам.

Болотный массив в отношении водопроницаемости представляет собой крайне неоднородную среду. Верхний его слой, сложенный живым растительным покровом и моховым очесом, обладает очень высокой водопроводимостью по сравнению с водопроводимостью основной массы торфяной залежи, особенно ее нижних горизонтов. Экспериментальными исследованиями установлено, что в слое толщиной 1-1,2 м коэффициент фильтрации уменьшается с глубиной в тысячи и десятки тысяч раз. Особенно резкие изменения коэффициента фильтрации происходят в слое до 40 см от поверхности мохового покрова. Быстрое убывание водопроницаемости с глубиной в этом слое связано с уплотнением и различной степенью разложения растительных остатков, что приводит к уменьшению размера пор. В сильно разложенных торфах (до 55-65%) коэффициент фильтрации падает до миллионных долей сантиметра в секунду.

Таким образом, торф с высокой степенью разложения по условиям водопроводимости приближается к глинам.

Водопроводимость торфа меняется и от его ботанического состава. В верхних слоях болотного массива, примерно до глубины 0,8-I м, влажность торфа периодически меняется в связи с колебаниями в этом слое уровня грунтовых вод. Периодическая аэрация верхнего слоя обусловливает в нем высокую активность биологических процессов. Это дало основание выделить верхний слой болота в особый активный, деятельный слой. Под ним располагается инертный, нижний слой. Он отличается малой водопроницаемостью, постоянством количества воды, отсутствием доступа воздуха и отсутствием аэробных микроорганизмов, способствующих образованию торфа. Границей между активным и инертным слоями служит среднее положение минимального уровня грунтовых вод в болотном массиве.

Высокая водопроводимость активного слоя болота по сравнению с инертным слоем обусловливает его особую роль в гидрологических процессах болота. Вследствие больших величин коэффициента фильтрации в активном слое выпадающие на болото дожди не задерживаются на поверхности, а быстро просачиваются. Поэтому стекания воды по поверхности болот, как правило, не наблюдается.

При большом количестве осадков и во время снеготаяния уровень грунтовых вод поднимается и стоит вблизи поверхности болота. В хорошо фильтрующих слоях очеса начинается боковой подповерхностный сток.

Скорость фильтрации воды в болоте, согласно закону Дарси, определяется коэффициентом фильтрации и уклоном поверхности грунтовых вод. В условиях естественных болотных массивов уклоны поверхности грунтовых вод практически совпадают с уклонами поверхности болота. Величина их, как правило, незначительна: 0,0001—0,005 (исключая горные болота на склонах). Несмотря на малые уклоны, скорость горизонтальной фильтрации в самых верхних слоях болота достигает значительных величин (по данным К. Е. Иванова, до нескольких десятков и даже сотен метров в сутки). Скорость фильтрации в инертном слое составляет всего 1,7-1,7 • 10-6 см/сутки или максимум 6 м/год.

Таким образом, скорость горизонтального стекания воды с болотных массивов путем фильтрации определяется главным образом водопропускной способностью деятельного слоя. Количество воды, пропускаемое деятельным слоем, огромно. Полевые наблюдения и расчеты показывают, что весной за сутки стекает с выпуклых болот слой воды до 10-15 мм, или до 150 м3 с 1 га. Расход горизонтального потока воды, фильтрующейся через инертную толщу, ничтожен и составляет менее 1% расхода, пропускаемого деятельным слоем. Направления горизонтальных потоков воды в торфяной залежи следуют уклонам поверхности болотного массива^[7].

В результате добычи торфа возникает загрязнение окружающей среды: попадание взвешенных веществ в ближайшие водные объекты либо образование взвеси коллоидных частиц в воде.

При применении фрезерного и экскаваторного методов торфодобычи происходит образование большого количества мелкой пылевидной фракции, загрязнение атмосферы выбросами загрязняющих веществ техникой. Осушение существенно влияет на водный режим как на непосредственно осушаемой территории, так и на сопредельных участках. Увеличение расходных составляющих водного баланса за счет сброса грунтовых вод приводит к потере их запасов, перераспределению на смежных территориях и понижению уровня подземных вод. В сферу влияния осушения вовлекаются и гидравлически связанные с грунтовыми водами более глубокозалегающие водоносные горизонты. Возникает опасность возникновения пожаров^[10].

Исследование влияния осушения и торфоразработок на накопление тяжёлых металлов болотными растениями^[9], показывает, что в результате осушения и торфодобычи наблюдается увеличение концентрации элементов. Содержание Zn увеличивается незначительно, в пределах статистической погрешности. Отличия по накоплению Cu наблюдаются при сравнении естественного и нарушенных участков, тогда как осушенные участки и участки торфодобычи по этому показателю достоверно не отличаются. Концентрация Pb примерно одинакова на естественных и осушенных участках, но повышается почти в два раза под влиянием торфоразработок. Содержание Cd более, чем в 2 раза увеличивается после осушения, и ещё в 2 раза возрастает на участке торфодобычи. Сравнение средней биогеохимической активности видов на участках торфяных месторождений с разной степенью антропогенной нагрузки обнаружило, что этот показатель возрастает на осушенных участках в 2 раза, а на торфоразработках повышается свыше 5 раз. При анализе результатов расчёта коэффициентов контрастности относительно фона выяснилось, что для всех четырёх элементов эти показатели оказались больше 1, что означает превышение содержания тяжёлых металлов на участках торфодобычи, по сравнению с ненарушенными участками. Наибольшую контрастность коэффициент показал в отношении Cd, особенно высоко его накопление в древесных растениях (Betula pubescens и Pinus sylvestris). Для Zn зафиксирован наименьший диапазон контрастности, он составляет менее 3 раз и достигает наибольших значений для видов Betula pubescens и Chamaedaphne calyculata. Подобная ситуация наблюдается и для коэффициентов контрастности Pb для всех видов, за исключением Ledum palustre, для которого он повышается более, чем в 12 раз. Значения коэффициента для Cu превышают значения для Zn и Pb, наибольшее накопление Cu зафиксировано в растениях Ledum palustre.

Изменение содержания тяжелых металлов в растениях, в зависимости от степени антропогенной нагрузки (1 – ненарушенные болота; 2 – осушенные; 3 – торфоразработки). Источник: НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ РАСТЕНИЯМИ ТОРФЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Л. П. Гашкова.

Длительное горение торфяников является источником загрязнения атмосферного воздуха, в том числе высвобождаются загрязнители, содержавшиеся в торфе – тяжелые металлы, и что, особенно опасно в зонах, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС – радионуклиды.

Частота пожаров на территории ЛБК «Ольманские болота». Наиболее интенсивные пожары проходили в: 1995 г. (10,7 тыс. га), 2002 г. (12,4 тыс. га), 2015 г. (13,4 тыс. га). Источник: Д.Г. Груммо «Болотные истории».

Будучи в заброшенном состоянии, выработанные торфяные месторождения становятся пожароопасными объектами на больших территориях. С изменением климата пожары на болотах и заболоченных местообитаниях могут стать более частыми. В Беларуси площадь торфяников, где существует высокий потенциал возникновения пожаров при неблагоприятных погодно-климатических условиях составляет 221,4 тыс. га^[5].

Реконструкция торфяных пожаров на карте (северо-запад Беларуси) за 1975-2015 гг. показывает, что восстановление гидрологического режима болот на месте мелиорации и торфодобычи значительно уменьшает в дальнейшем риск торфяных пожаров.

Реконструкция торфяных пожаров 1975-2015 гг (северо-запад Беларуси). Источник: Д.Г. Груммо «Болотные истории».

Площадь торфяных пожаров 1975-2015 гг (северо-запад Беларуси). Источник: Д.Г. Груммо «Болотные истории».

Таким образом, осушение и разработка торфяных месторождений оказывает сильное воздействие на окружающую среду и несет в себе значительные риски.

Если после завершения добычи торфа выработанные торфяные месторождения остаются в осушенном состоянии, то независимо от направлений их использования – сельскохозяйственного, лесохозяйственного – они продолжают оказывать негативное воздействие на компоненты природной среды: поверхностные и подземные воды, водоприемники, атмосферу, ландшафты и биологическое разнообразие.

В результате добычи торфа природные и природно-хозяйственные функции болот коренным образом изменяются, либо полностью прекращаются. Вместо аккумуляции торфа, энергии, биогенных элементов и воды, происходят процессы обезвоживания торфяной залежи, разложения и минерализации органического вещества торфа, геохимического выноса биогенных элементов за пределы торфяных месторождений.

Болотные ландшафты прекращают свое существование, а вместо них образуются антропогенно нарушенные, деградированные и пожароопасные территории. В связи с уничтожением местообитаний уничтожаются или вытесняются болотные и околоводные виды растений и животных.

Вместо перехода биогенных элементов и энергии из биогенного круговорота в геологический происходит процесс обратного перехода биогенных элементов из геологического круговорота вещества и энергии в биогенный, и этот процесс продолжается до тех пор, пока не минерализуется весь остаточный слой торфа.

Вместо обогащения атмосферы кислородом и очистки ее от избытка диоксида углерода, происходят изъятие из атмосферы кислорода на биохимическое окисление остаточного слоя торфа и эмиссия в нее диоксида углерода в результате минерализации органического вещества. Формирующийся на выработанных торфяных месторождениях гидрологический режим не обеспечивает выполнение естественной водорегулирующей функции болот, поэтому она существенно ослабляется или полностью утрачивается, а осушающее действие сохранившихся каналов продолжает распространяться на прилегающие территории. Размеры зон влияния зависят от типа торфяного месторождения, его положения в рельефе, характера и гранулометрического состава грунтов, подстилающих остаточную торфяную залежь, и прилегающих территорий.

Осушенные слои остаточных торфяных залежей являются теплоизоляторами, вследствие чего усиливается негативное влияние атмосферных засух и заморозков, поэтому микроклимат как на выработанных торфяных месторождениях, так и на прилегающих к ним территориях становится более контрастным. Например, в Брестской области выработанные торфяные месторождения, находящиеся в осушенном состоянии, оказывают существенное осушающее воздействие на прилегающие территории. Так, общая площадь выработанных торфяных 169 месторождений составляет 36 576 га, а осушающее действие каналов распространяется на площадь 40 352 га, т. е. общая осушенная площадь больше суммарной площади выработанной части всех торфяных месторождений области на 10,3 %. Это объясняется тем, что прилегающие к выработанным торфяным месторождениям суходольные территории в основном сложены рыхлыми минеральными породами в основном песками и частично супесями^[3].

Площади антропогенно-преобразованных дегроторфяных почв постоянно увеличиваются.

Согласно результатам исследований, если не изменить существующие направления сельскохозяйственного использования, то площадь антропогенно-преобразованных дегроторфяных почв в Республике Беларусь за счет трансформации торфянисто- и торфяно-глеевых к 2050 году может увеличиться до 457,9 тыс.га, что составляет 42,9% от общей площади органогенных. Наибольшее увеличение площадей этих почв ожидается в Брестской (до 165,2 тыс.га), Гомельской (126,6 тыс.га) и Минской (109,8 тыс.га) областях. В некоторых районах Брестской (Ивацевичский, Кобринский, Лунинецкий, Пинский и Пружанский), Гомельской (Калинковичский, Петриковский), Минской (Любанский, Солигорский) областей площади дегроторфяных почв могут достигнуть 15 тыс. га и более. При этом в 15 районах площади этих почв составят более 40%, а в Кобринском, Лунинецком и Петриковском более 60% от общей площади сельскохозяйственных земель на агроторфяных почвах^[11].

Таким образом, в результате мелиорации в Беларуси четко обозначился ряд экологических проблем, основные из которых: пыльные бури, загрязнение почвы, воды, снижение разнообразия флоры и фауны, ранние заморозки, минерализация торфяников, снижение уровня грунтовых вод. Нарушение экологического равновесия между антропогенным и естественным ландшафтом приводит к тому, что возможности природы по самоочищению ограничиваются и негативные последствия приобретают все большие размеры. Между тем, государственные инвестиции в мелиорацию за 1960–1990 гг. составили не менее 5 млрд $. Только в Брестcкой области осушено более 760 тыс. га или 48,3 % общей земельной площади сельскохозяйственных предприятий. Продолжает поддерживаться торфодобывающая промышленность.

Распределение торфяников по направлениям использования. Источник: peatlands.by

Тем не менее, окружающая среда является главным определяющим фактором уровня экономического развития, качества жизни и благополучия людей. Поэтому необходимо сохранять и восстанавливать болота, учитывать их важность с точки зрения предоставления экосистемных услуг и обеспечить ответственное и устойчивое управление на территориях ВБУ.

Нарушение экологического равновесия между антропогенным и естественным ландшафтом приводит к тому, что возможности природы по самоочищению ограничиваются и негативные последствия приобретают все большие размеры. Как показывает практика, в использовании осушенных земель, в том числе торфяно-болотных почв, сельскохозяйственные предприятия не смогли обеспечить наилучший социальный результат. Несмотря на то, что торфяно-болотные почвы представляют собой ограниченный ресурс, предприятиям было позволено его использовать бесплатно. Для них критерием принятия решения относительно использования осушенных земель являлось увеличение выхода продукции.

Предприятия не учитывали тот факт, что расширение масштабов использования осушенных земель приведет к росту издержек и вызовет убывающий эффект. А расширение доли пропашных культур в структуре посевов на торфяно-болотных почвах приведет в короткие сроки (30–40 лет) к уменьшению выхода продукции в связи с минерализацией торфа. В условиях общественной собственности общепринятой была практика совместного владения ресурсами. При таком владении проблема заключается в чрезмерном расходе ресурсов, поскольку плата за фактор производства, которая должна была бы поступать собственнику ресурса, присваивается собственниками других факторов, что увеличивает их доходы и способствует дальнейшей эксплуатации ресурса. Последствия такого использования ресурса перекладывалось на общество.

Целесообразность сохранения торфодобывающей отрасли и роста торфодобычи также должна быть переосмыслена с точки зрения устойчивого развития и ценности торфяников, их возможности предоставлять свои многочисленные и важные экосистемные услуги. Учитывая глобальную тенденцию, нацеленную на поиск альтернатив торфу как топливу и субстрату для выращивания растений, необходимо своевременно планировать соответствующие стратегии выхода для предприятий отрасли и переориентацию управления торфяниками с учетом их потенциала экосистемных услуг.

1. Болота Кузнецкого Алатау как естественные фильтры природных вод. И.И.Волкова, К.С.Байков, А.И.Сысо. Сибирский экологический журнал, 3 (2010) 379-388.

2. Влияние влажности почвы на содержание кадмия, свинца и урана в подвижных формах / Г.С. Соколик [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2018. – Т. 54, №3. – С. 338–348.

3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЫРАБОТАННЫХ ТОРФЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕСЬЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ В. А. Ракович, Н. Н. Бамбалов, Н. Н. Молокова, Т. В. Селивончик. – Проблемы рационального использования природных ресурсов и устойчивое развитие Полесья : сб. докл. Междунар. науч. конф. (Минск, 14–17 сент. 2016 г.). В 2 т. Т. 2 / Нац. акад. наук Беларуси [и др. ] ; редкол.: В. Г. Гусаков (гл. ред.) [и др.]. – Минск : Беларуская навука, 2016. – 691 с. : ил.

4. Головатый С. Е. Содержание миграционно активных форм свинца в дерново-подзолистых и торфяных почвах / С. Е. Головатый, Н. К. Лукашенко, З. С. Ковалевич // Экологический вестник. – 2010. – № 3 (13). – С. 15–22.

5. Груммо Д.Г. Материалы лекции «Болотные истории».

6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ А. Л. Шевченко, В. В. Долин, В. А. Нестеровский. – Проблемы рационального использования природных ресурсов и устойчивое развитие Полесья : сб. докл. Междунар. науч. конф. (Минск, 14–17 сент. 2016 г.). В 2 т. Т. 2 / Нац. акад. наук Беларуси [и др.] ; редкол.: В. Г. Гусаков (гл. ред.) [и др.]. – Минск : Беларуская навука, 2016. – 691 с. : ил.

7. Как болота фильтруют воду?

8. К. Е. Иванов. Водообмен в болотных ландшафтах. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1975 г.

9. НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ РАСТЕНИЯМИ ТОРФЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Л. П. Гашкова. – Проблемы рационального использования природных ресурсов и устойчивое развитие Полесья : сб. докл. Междунар. науч. конф. (Минск, 14–17 сент. 2016 г.). В 2 т. Т. 2 / Нац. акад. наук Беларуси [и др.] ; редкол.: В. Г. Гусаков (гл. ред.) [и др.]. – Минск : Беларуская навука, 2016. – 691 с. : ил.

10. Оценка существующих технологий добычи торфа с учетом их воздействия на окружающую среду / В. Т. Рахимова, М. А. Резник, А. В. Кудрякова, А. А. Галембо // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием (Екатеринбург, 12–16 декабря 2016 г.). — Екатеринбург : УрФУ, 2016. — С. 430-433.

11. Семененко, Н.Н. Торфяно-болотные почвы Полесья: трансформация и пути эффективного использования / Н.Н.Семененко. – Минск: Беларуская навука, 2015. – 282 с. – ISBN 978-985-08-1896-6.

12. T. Н. Mыслыва, П. В. Другаков, УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия» Ю. А. Белявский, Т. Н. Тимощук, Житомирский национальный агроэкологический университет. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ БОЛОТНЫХ ПОЧВ И ТОРФЯНИКОВ ЖИТОМИРСКОГО ПОЛЕСЬЯ. Вісник ЖНАЕУ, 2016, № 2 (56), т. 1.

13. Чернобыльские радионуклиды снова в воздухе! Горят торфяники. Источник.

14. FAQ: Микроорганизмы в болотах. 5 фактов о биосферных функциях болот, численности населяющих их микроорганизмов и трудностях их исследования. Светлана Дедыш.

15. Ecology of Wetland Ecosystems: Water, Substrate, and Life. Julia A. Cherry. Nature Education, 2011.

16. Cherry, J. A. (2011) Ecology of Wetland Ecosystems: Water, Substrate, and Life. Nature Education Knowledge 3(10):16

17. Gorham E. Northern peatlands: role in carbon cycle and probable responses to climate warming. Ecol. Appl. 1991, 1, 182–195.

18. The Value of the World’s Ecosystem Services and Natural Capital. Robert Costanza, Rudolf de Groot. Nature, 1997.

---

Перепечатка материалов «Багны» возможна только с письменного разрешения редакции.

Публикация финансируется Шведским агентством по международному развитию и сотрудничеству «Сида». «Сида» необязательно разделяет мнение, выраженное в этом материале.

Болото Ельня© Виктор МалыщицБолото Ельня© Виктор Малыщиц

Результаты экологических исследований российских арктических морей

Аннотация

Экологические исследования российских морей полярной зоны не теряют актуальности в силу угрожающего воздействия негативных факторов на их экосистему. Судами Российской Академии наук регулярно выполняются программы комплексного исследования экологического состояния российских арктических морей. Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН совместно с организациями-соисполнителями в 2004-2020 годах проводил систематическую экспедиционную работу в морях Российской Арктики, направленную на изучение региональных экосистем. При этом особенности экологических исследований связаны с наличием захоронений радиоактивных подводных объектов и отходов эксплуатации ядерных энергетических установок в акватории Новой Земли, а также комплексного изучения экосистем в акваториях других арктических морей. Проводимые экспедиционные работы имели цель уточнить местоположение и состояние подводных потенциально опасных объектов, а также степень воздействия затопленных радиоактивных объектов на водную среду. Как показала практика для обнаружения и обследования таких подводных объектов весьма эффективно комплексное использование гидроакустических, магнитометрических и видеосистем, технических средств отбора и радиационного анализа проб поверхностной и придонной воды, а также донных отложений. В статье также нашли отражение результаты экспедиционных экологических работ в Баренцевом, Карском, Лаптевых и Восточно-Сибирском морях.

Ключевые слова: арктические моря, подводные потенциально опасные объекты, морские экспедиции, экосистема, экологические исследования

ВВЕДЕНИЕ

Российская зона арктических морей является естественной природной границей страны с севера. Там Россия омывается шестью морями Северного Ледовитого океана: Баренцевым, Карским, Лаптевых, Восточно-Сибирским, Чукотским.

При этом экологическое состояние Арктики в силу угрожающего воздействия негативных факторов на ее экосистему не перестают волновать мировую общественность.

Целевая направленность экспедиционной деятельности научно-исследовательских судов РАН изложена в Морской доктрине Российской Федерации: «Морские научные исследования направлены на получение системных знаний о Мировом океане и его использовании, всех аспектах природных и технических процессов, происходящих на его дне и в недрах, водной толще, на поверхности и в атмосфере над ним, на антропогенных объектах в Мировом океане в интересах обеспечения устойчивого развития и национальной безопасности Российской Федерации».

Одна из актуальных экологических проблем морей Российской Арктики связана с наличием захоронений радиоактивных подводных объектов и отходов эксплуатации ядерных энергетических установок в акватории Новой Земли.

Кроме того, регулярно проводятся комплексные исследования экосистем обусловленных загрязнением вод северных морей стоками нефти и химических соединений, а также морским транспортом.

Таким, образом, специфическая проблема обследования подводных потенциально опасных объектов (ППОО) в российской арктической зоне за последние 70 лет не потеряла своей актуальности. В качестве таких подводных объектов, как правило, принимаются затопленные корабли и суда, имеющие на борту источники радиоактивных загрязнений.

С началом широкого развития атомной энергетики в конце 40-х годов остро встала проблема утилизации радиоактивных отходов (РАО). Одним из вариантов утилизации, получившим довольно широкое распространение, стал сброс РАО в открытое море.

Проводимые в морях Российской Арктики экспедиционные работы имели цель уточнить местоположение и состояние подводных потенциально опасных объектов, а также степень воздействия затопленных радиоактивных объектов на водную среду. При этом возникает проблема, связанная с радиологическим контролем.

Как показала практика, для поиска, обнаружения и обследования подводных объектов в условиях естественной маскировки (илистый грунт, донная флора, складки рельефа дна) весьма эффективно комплексное использование гидроакустических, магнитометрических и видеосистем, технических средств отбора и анализа проб поверхностной и придонной воды, а также донных отложений [1] .

Такие судовые технические системы широко используются при проведении морских экспедиций по поиску ППОО, а также экологическому контролю радиоактивного загрязнения морской среды.

Контроль за решением этой проблемы возложен на Департамент предупреждения чрезвычайных происшествий МЧС России, по заказу которого, начиная с 1998 года, Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН в акватории морей Российской Арктики проводятся экспедиции по обследованию подводных потенциально опасных объектов с использованием судовых геофизических средств.

Правительством Российской Федерации было принято Постановление от 28.06.2001г № 486 «О совершенствовании деятельности по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций на подводных потенциально опасных объектах», а также Постановление от 21.02.2002 г. №124 «О декларировании безопасности подводных потенциально опасных объектов, находящихся во внутренних водах и территориальном море Российской Федерации».

Во исполнение указанных Постановлений Правительства МЧС России возникло решение по созданию и ведению Реестра подводных потенциально опасных объектов во внутренних водах и территориальном море Российской Федерации (приказ МЧС от 2.08.2001 г. № 347 и приказ МЧС от 29.12.2001 г. №575).

В этой связи Департамент предупреждения чрезвычайных ситуаций МЧС России постоянно осуществляет мониторинг экологически опасных подводных объектов, занесенных в Реестр ППОО, путем проведения экспедиций по их поиску и обследованию на соответствующих акваториях.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Состояние экологических исследований морей Российской Арктики

Экологические исследования российских морей полярной зоны не теряют актуальности в силу угрожающего воздействия негативных факторов на их экосистему.

В 1991 году восемь арктических стран – Канада, Дания (включая Гренландию и Фарерские острова), Финляндия, Исландия, Норвегия, Российская Федерация, Швеция и США приняли Стратегию по защите окружающий среды Арктики (AEPS).

Международным экологическим сообществом установлено, что проблемы арктических акваторий постепенно перерастают в глобальные.

В 1996 году Министерства иностранных дел стран арктического региона подписали Оттавскую декларацию и образовали Арктический совет, который призвал обеспечить программу по всестороннему внедрению устойчивого развития региона.

Судами Российской Академии наук регулярно выполняются программы комплексного исследования экосистем арктических (Баренцева, Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского) морей (рис. 1).

Рис.1. Карта морей Российского сектора Арктики.

Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) выделяет следующие основные экологические проблемы Арктического региона:

• загрязнение вод северных морей стоками нефти и химических соединений, а также морским транспортом;
• сокращение популяции арктических животных и изменение их среды обитания;
• изменение климата и таяние арктических льдов.

Причем повсеместное таяние льдов в Арктике представляется довольно опасным явлением. По сравнению с 1979 годом площадь льдов составляла 7,2 млн.кв. км, то в 2007 году она сократилась почти в два раза – до 4,3 млн. кв. км. Другим опасным явлением является резкое увеличение риска паводков. К 2020 году водосточность северных рек возросла на 90%, а время ледостава сократилось на 15 дней. Все это привело к увеличению опасности паводков в два раза [2,3,6].

Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (ИО РАН)

с организациями-соисполнителями проводят систематическую экспедиционную работу в морях полярной зоны, направленную на изучение региональных экосистем.

За 2004-2020 годы проведено 10 экологических экспедиций в Баренцевом, Карском, Лаптевых, Восточно-Сибирском морях [3].

Причем, если в акваториях Лаптева и Восточно-Сибирского морей выполнялись исследования их экологического состояния, то в акватории Новой Земли Карского моря решалась проблема изучения затопленных источников радиоактивных загрязнений морской среды.

Основными задачами экспедиционных работ «Обследование экологии морей российской Арктики» являлись:

— обследование районов нахождения радиоактивных ППОО с использованием геофизической аппаратуры (гидролокация, акустическое зондирование) на предмет уточнения их местоположения;

— измерение гидрологических параметров водной среды в районах нахождения ППОО;

— измерение радиоактивности и анализ загрязнений водной среды в районах нахождения ППОО радиоактивными веществами;

— отбор проб донного грунта в районах нахождения ППОО с последующим анализом на наличие загрязнений донных отложений обследуемых районов радиоактивными веществами;

— визуальный осмотр ППОО с помощью видеосистем телеуправляемых подводных аппаратов;

— обработка и анализ полученных данных [3].

2. Основные средства морского экологического мониторинга

Экологический мониторинг арктических морей проводился на базе научно-исследовательских судов (НИС) Академии наук РФ: «Академик Мстислав Келдыш» (рис.2) и «Профессор Штокман» (рис.3). 

Рис.2.  НИС «Академик Мстислав Келдыш».

Рис.3. НИС «Профессор Штокман».

В процессе выполнения экологических экспедиций использовались следующие технические средства:

• геофизический комплекс поиска и определения координат ППОО;

• средства осмотра и идентификации ППОО;

• приборы измерения гидрологических параметров водной среды;

• средства отбора проб воды и донного грунта;

• приборы измерения радиоактивности морской воды и донного грунта.

3. Результаты экологических исследований Баренцева моря

Баренцево море ограничено северным побережьем Европы и архипелагами Шпицберген, Земля Франца-Иосифа и Новая Земля.

Акватория Баренцева моря насыщена объектами, представляющими потенциальную радиационную опасность. Здесь размещена Кольская АЭС, а также сосредоточены основные места базирования и предприятия по обслуживания кораблей и судов ядерно-энергетическими установками (ЯЭУ).

На рисунке 4 приведены значения содержания ⁶⁰Co и ¹³⁷Cs (Бк/кг сухого веса) в донных отложениях Кольского и Мотовского заливов, полученных в 2000 году [3,4].

Рис.4. Результаты экологического мониторинга Кольского и Мотовского заливов.

Таким образом, зарегистрированные локальные уровни радиоактивных загрязнений на Кольском полуострове находятся на уровне значений, характерных для акваторий в местах базирования и обслуживания кораблей и судов с ЯЭУ.

4. Результаты экологических исследований Карского моря

Карское море ограничено северным побережьем Евразии и островами: Новая Земля, Земля Франца-Иосифа и Северной Землей. В него впадают полноводные реки Обь и Енисей.

Морские экологические экспедиции проводились в акваториях массовых захоронений радиоактивных отходов в акватории Новой Земли, а также повышенного загрязнения тяжёлыми металлами рек Енисея и Оби. Установлено, что эти загрязнения приносят металлургические производства города Норильска [2].

Но главной экологической проблемой Карского моря является радиоактивное загрязнение акватории Новой Земли (рис. 5).

Рис.5. Карта Новой Земли с испытательными полигонами.

Особую опасность представляют высокоактивные реакторы атомных подводных лодок с отработанным ядерным топливом, а также 11 тысяч контейнеров с радиоактивными отходами, затопленных в 1964-1978 годах [2].

Работы по поиску и обследованию россыпи подводных потенциально опасных объектов с твердыми радиоактивными отходами (ТРО) в Карском море проводились в 2004-2017 годах [3].

Судовые экологические экспедиции проводили исследования в местах захоронения 13 реакторов с атомных подводных лодок, а также трех реакторов атомного ледокола «Ленин».

Как правило, отбору радиоактивных проб воды и донных отложений предшествовали обследования акваторий нахождения ППОО с использованием геофизической, гидрологической и оптической подводной аппаратуры.

Причем наибольшее, по массе, количество ТРО было захоронено в Карском море в районе Новоземельской впадины, а, по общей радиоактивности – в районе залива Седова Новой Земли [2,3].

Практически для всех затопленных радиационно-опасных объектов основным индикатором утечки радиоактивности, а, следовательно, разрушения защитных барьеров, является обнаружение в воде долгоживущих гамма-излучающих радионуклидов: продуктов деления ядерного топлива: цезия -137 и кобальта -60 [4].

Установлено, что при получении оперативной информации радиационно-опасных объектов оптимальным является прямое измерение гамма-излучения с помощью подводной аппаратуры радиационного контроля.

В проведенных экспедициях использовался качественно новый подход к исследованиям радиационной обстановки в акваториях, предполагающий измерение уровней излучения в непосредственной близости от ППОО с помощью подводной гамма-спектрометрической аппаратуры типа РЭМ, разработанной НИЦ «Курчатовский институт»^{[2, 3].}

Большинство акваторий Новой Земли являются исследованными по уровню и динамике радиоактивного загрязнения. При этом особое внимание уделялось ППОО, затопленным в 1965 – 1988 годах, в заливах Цивольки (49,8%), Абросимова (27,1%) и Течений (11,1%) [3].

Так исследования радиоактивности, выполненные сотрудниками РНЦ «Курчатовский институт» и ГЕОХИ им. В.И. Вернадского РАН, показали следующие результаты: в заливах: Цивольки — 19778,0 ТБк, Абросимова – 10767,5 ТБк, Течений – 4392 ТБк [2,3].

Всего, наблюдаемые максимальные уровни загрязнения радионуклидами донных осадков вблизи источников ТРО достигали следующих величин: «цезий 137» – 105 Бк/кг; «стронций 90» – 4000 Бк/кг; «кобальт 60» – 350 Бк/кг; «свинец 239» – 15 Бк/кг. [3,4,5]

Впервые были уточнены координаты затопления ТРО в контейнерах и без упаковки в заливах Седова и Ога.

В целом радиационная обстановка в заливах Новой Земли удовлетворительная. Влияния затопленных потенциально опасных объектов с твердыми радиоактивными отходами на состояние экосистемы не выявлено.

5. Результаты экологических исследований моря Лаптевых

С запада море Лаптевых обрамлено Северной Землей, с востока – Новосибирскими островами, на севере переходит в Северный Ледовитый океан, являясь его окраинным морем. В него впадают: величайшая сибирская река Лена, а также реки Хатанга, Анабар, Оленек и другие.

По берегам этих рек размещаются шахты, заводы, фабрики и другие промышленные предприятия. Поэтому в их водах присутствуют фенолы, тяжелые металлы (цинк, медь) и другими опасные соединения. Материалы экологического мониторинга, полученные в западной части моря Лаптевых, позволили оценить масштабы влияния стока Хатанги на шельфовую экосистему.

Установлено, что только реки Лена и Яна ежегодно приносят в Юго-Восточную часть моря до 17 млн тонн взвешенных наносов [3].

Негативное воздействие на экологическую ситуацию в море Лаптевых также оказывал речной лесосплав. При этом разложение плавучей древесины приводило к появлению большого количества фенола – 8-10 мкг/л[6].

Как показали результаты экспедиций, содержание нефтепродуктов в отобранных пробах морской воды и пробах грунта находилось на уровне фоновых значений и не превышало значений ПДК — 0,05мкг/л [6].

6. Результаты экологических исследований Восточно-Сибирского моря

С запада Восточно-Сибирское море ограничено Новосибирскими островами, а с востока – островами Врангеля.

Проблемы исследования Восточно-Сибирского моря сходны с проблемами других арктических морей. Однако здесь в большей степени уделяется  изучению ледовитости моря, поведению Айонского ледяного массива (главным препятствиям мореплавания), колебаниям уровня моря и их прогнозам, течениям, дрейфу льдов и т.п. Важные задачи – оперативное обслуживание навигации, а также выбор наиболее рациональных судоходных трасс. 

Были исследованы данные о гидрофизической структуре, гидрохимическом режиме составе и количественных характеристиках бактерио-, фито-, микро-, зоо- и ихтиопланктоне, а также радио-геохимических свойствах донных осадков.

В акватории Восточно-Сибирского моря проводились систематические комплексные исследования. С ними связаны важнейшие проблемы изучения моря: общая циркуляция вод, взаимодействие морских и речных вод, ледовый баланс моря, изучение шельфовой зоны, научное обслуживание арктического мореплавания. Решения этих разнообразных  проблем — важная задача исследователей  экологии полярных морей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В 2004-2020 годах Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН в сотрудничестве с ООО «Индел-Партнер» по заказу Федерального государственного казённого учреждения «Аварийно-спасательная служба по проведению подводных работ специального назначения» (ГОСАКВАСПАС) выполнено десять экспедиций. 

2. Целью проведения морских экспедиций научно-исследовательскими судами Академии наук РФ являлся экологический мониторинг морей Российской Арктики.

Материалы, полученные в ходе экологических экспедиций, позволили достоверно оценить современное экологическое состояние Баренцева, Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского морей.

3. Экологические исследования арктических морей проводился на базе научно-исследовательских судов Академии наук РФ: «Профессор Штокман» и «Академик Мстислав Келдыш».

4. В процессе проведения экологических экспедиций решены следующие задачи:

• обследованы районы нахождения радиоактивных ППОО с использованием геофизической аппаратуры (гидролокация, магнитометрия, акустическое зондирование) на предмет детального обнаружения, обследования и уточнения их местоположения, а также радиационного мониторинга акваторий;

• в районах нахождения радиационно-опасных подводных объектов произведен отбор проб придонной воды и донного грунта с целью получения оперативной информации об уровнях гамма-излучения с помощью аппаратуры радиационного контроля.

• произведен визуальный осмотр ППОО с помощью видеосистем телеуправляемых подводных аппаратов.

5. Экологический мониторинг акватории Баренцева моря подтвердил негативное воздействие объектов, представляющих радиационную опасность (Кольская АЭС, атомные подводные лодки и надводные корабли).

6. Выявлено радиоактивное загрязнение акватории Карского моря из-за подводных потенциально опасных объектов, расположенных в районе Новой Земли. При этом большинство акваторий являются исследованными по уровню и динамике радиоактивного загрязнения. Особое внимание уделялось ППОО, затопленных в 1965 – 1988 годах, в заливах Цивольки (49,8%), Абросимова (27,1%) и Течений (11,1%).

Всего, наблюдаемые максимальные уровни загрязнений радионуклидами донных осадков (вблизи источников ТРО) достигали значений: «цезий137» – 105 Бк/кг;   «стронций 90» – 4000 Бк/кг;  «кобальт 60» – 350 Бк/кг;  «свинец 239» – 15 Бк/кг.

7. Материалы экологических исследований, полученные в западной части моря Лаптевых, позволили оценить масштабы влияния стоков рек Лены и Хатанги на шельфовую экосистему. Отмечено негативное воздействие на экологическую ситуацию речного лесосплава, а также разложений плавучей древесины, что привело к появлению большого количества фенола – 8-10 мкг/л[6].

Установлено, что содержание нефтепродуктов в пробах морской воды и пробах грунта не превышает значений ПДК — 0,05мкг/л [6].

8. Проблемы исследования Восточно-Сибирского моря сходны с проблемами других арктических морей. При этом в большей степени уделялось исследованию ледовитости моря, что способствовало оперативному обслуживанию навигации кораблей и судов.

9. В проведенных экспедициях использовался качественно новый подход к исследованиям радиационной обстановки, предполагающий измерение уровней излучения в непосредственной близости от ППОО с помощью подводной гамма-спектрометрической аппаратуры типа РЭМ, разработанной НИЦ «Курчатовский институт».

10. В процессе экологического мониторинга была отработана оригинальная технология по радиационной оценке окружающей среды — использование ТПА малого класса, оборудованного бортовым гамма — спектрометром.

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (тема № 0129-2021-00100 и № 0129-2021-0012). 

Авторы благодарны М.В. Флинту, С.Г. Пояркову и А.И. Вялышеву за содействие в проведении исследований.

Список литературы:

1. Алексеев С.П. Справочник  технических средств изучения параметров  природной среды Мирового океана / Алексеев С.П., Аршик И.М., Римский-Корсаков Н.А. и др. – Изд. ГНИНГИ РФ, СПб. 2009, 183 с. 
   
2. Казенов А.Ю. Исследование подводных потенциально опасных объектов в Карском море: монография/ Казенов А.Ю., Нерсесов Б.А., Римский-Корсаков Н.А.- М.;ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2017. -274 с.
3. Казенов А.Ю. Экспедиционные исследования экологии морей Российской Арктики: монография/ Казенов А.Ю., Нерсесов Б.А., Римский-Корсаков Н.А.- М.;ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2018. -307 с.
4. Матишев Д.Г. Радиационная экологическая океанология / Матишов Д.Г., Матишев Г.Г.  – Апатиты: Изд-во КНЦ, 2001 – 417 с.
5. Степанец О.В.  Использование радионуклидов ²¹⁰Pb и  ¹³⁷Cs для геохронологии современных осадков арктического бассейна в местах захоронения твердых радиоактивных отходов/ Степанец О.В., Борисов А.П./   Геохимия № 4, 2010, с. 424-429.
6. Флинт М.В. Экосистемы Российской Арктики-2017/Освоение морских глубин, сборник. М.:Издательский дом «Оружие и технологии»,  2018. – С.52-57.

References:

1. Alekseev S.P. Reference book of technical means for studying the parameters of the natural environment of the World Ocean / Alekseev S. P., Arshik I.M., Rimsky-Korsakov N.A. and others — Ed. GNINGI RF, St. Petersburg. 2009, 183 p.
2. Kazenov A.Yu. Investigation of underwater potentially dangerous objects in the Kara Sea: monograph / Kazenov A.Yu., Nersesov B.A., Rimsky-Korsakov N.A. — M.; Federal State Budgetary Scientific Institution «Analytical Center» of the Ministry of Education and Science of Russia, 2017. -274 p.
3. Kazenov A.Yu. Expeditionary studies of the ecology of the seas of the Russian Arctic: monograph / Kazenov A.Yu., Nersesov B.A., Rimsky-Korsakov N.A. — M.; Federal State Budgetary Scientific Institution «Analytical Center» of the Ministry of Education and Science of Russia, 2018. -307 p.
4. Matishev D.G. Radiation ecological oceanology / Matishov D.G., Matishev G.G. — Apatity: Publishing house of KNTs, 2001 — 417 p.
5. Stepanets OV The use of 210Pb and 137Cs radionuclides for the geochronology of modern sediments of the Arctic basin in the burial sites of solid radioactive waste / Stepanets OV, Borisov AP / Geochemistry No. 4, 2010, p. 424-429.

6. Flint M.V. Ecosystems of the Russian Arctic-2017 / Development of the sea depths, collection. M.: Publishing House «Arms and Technologies», 2018. — P.52-57.

   Статья представлена в открытом доступе в полнотекстовом формате по лицензии Creative Commons 4.0

Технологический прогресс и влияние на экосистему

••• Socha/iStock/GettyImages

Обновлено 23 апреля 2018 г.

Эндрю Геллерт стоимость. Новые технологические товары часто обременительны для окружающей среды. Этот ущерб может быть вызван приобретением ресурсов для производства новой технологии или токсичными побочными продуктами технологического производства. Она может состоять из экологически вредных отходов, производимых самой технологией, или отбросов устаревшей технологии.

Ресурсоемкие технологии

Для некоторых категорий технологий, таких как электроника, требуются ресурсы, которые трудно получить без ущерба для окружающей среды. Например, передовые батареи в гибридных автомобилях состоят из никеля и редкоземельных металлов. Добыча этих материалов является значительным источником вредных выбросов, в том числе паров растворителей, серной кислоты и угольной пыли. Кислотные сбросы воды убивают всю растительную и животную жизнь вокруг близлежащих водотоков, а также вызывают болезни и смерть близлежащих сельских жителей. Эта добыча в основном ведется в Китае, который признал, что продает редкоземельные элементы дешево, потому что в процессе добычи жертвует стандартами экологической безопасности. Подобные батареи существуют в бытовой электронике, жестких дисках, топливных элементах, ветряных турбинах, полировальных порошках и каталитических нейтрализаторах.

Сельскохозяйственные технологии

Достижения в области сельскохозяйственных технологий привели к более дешевым и разнообразным продуктам питания, но технологические достижения, улучшающие производство, такие как пестициды, гербициды и химические удобрения, также могут нанести вред окружающей среде. Современные удобрения повышают урожайность, но задерживаются в окружающей среде, нанося ущерб почве и грунтовым водам и создавая мертвые зоны в озерах и океанах. Пестициды могут уничтожать вредителей, поражающих текущие культуры, но также убивать полезных насекомых и амфибий и могут создавать популяцию устойчивых к пестицидам насекомых, которые нанесут ущерб будущим урожаям.

Опасные побочные продукты

Использование технологий может облегчить нашу жизнь, но также может нанести ущерб окружающей среде. Наиболее очевидным примером использования технологий, производящих вредные побочные продукты, являются парниковые газы и другие токсичные выбросы транспортных технологий. Холодильная техника производит опасные газы, которые могут повредить озоновый слой, а также производить токсичные жидкие стоки, которые попадают в дренажные каналы и отравляют водных животных. Даже такие бытовые приборы, как стиральная машина, создают загрязненные микропластиком сточные воды, которые попадают в океан, где их могут съесть птицы и морские животные.

Утилизация технологий

Новые достижения в области технологий часто делают старые технологии бесполезными. Выбрасывание устаревших или изношенных технологических товаров является значительным источником ущерба окружающей среде. Например, современные компактные люминесцентные лампы содержат ртуть, которая токсична как для людей, так и для животных. Старые термометры также содержали ртуть, как и некоторые батареи, изготовленные до середины 1990-х годов. Выброшенные автомобили, оставленные на месте в течение длительного времени, в конечном итоге выделяют токсичные жидкости в землю, где они убивают растения, животных и почвенные микробы. Дожди могут смыть загрязняющие вещества от выброшенных технологий в водные пути, распространяя яды в природные системы и продукты питания человека. 9

Служба общественного вещания: устойчивость к пестицидам Батареи

Об авторе

Эндрю Геллерт — аспирант, который в течение четырех лет писал статьи по науке, бизнесу, финансам и экономике. Он также был редактором собственного раздела газеты своего колледжа «The Cowl» и публиковался в информационном бюллетене своего бакалавриата экономического факультета.

Эти 10 технологий, скорее всего, помогут спасти планету Земля

Праймеры

• Что такое ИИ? Все, что Вам нужно знать
• Что такое машинное обучение? Все, что Вам нужно знать
• Что такое глубокое обучение? Все, что Вам нужно знать
• Что такое общий искусственный интеллект? Все, что Вам нужно знать

Планета в опасности. Люди вызывают и борются с вырубкой лесов, закислением океана и повышением температуры, и это лишь некоторые из наших далеко не безобидных наследий.

Факты сложны, но тенденции не так просто оспорить. И тем не менее, тема глобальной опасности в наши дни вызывает раздражение, способная не заставить читателя занять оборонительную позицию. Возможно, это потому, что нам вдалбливали самое худшее из всего этого и редко позволяли упиваться решениями.

ПОСМОТРЕТЬ: Как блокчейн изменит бизнес (специальная статья ZDNet/TechRepublic) | Скачать бесплатную версию в формате PDF (TechRepublic)

Таким образом, менее спорной может быть идея о том, что технологии могут сыграть роль в превращении нашей планеты в более удобное и устойчивое место, где люди смогут продолжать свое существование. Жить в соответствии с высоким названием этой статьи с окончательным списком из 10 технологий, которые помогут нашей планете выжить, вероятно, является проигрышным предложением. Вы, вероятно, не возражаете против некоторых аспектов этого списка. Это хорошо. Это то, для чего предназначен раздел комментариев; Я хотел бы услышать от вас.

Также стоит отметить, что некоторые из этих технологий сами по себе сопряжены с риском. Фактически, наша лучшая ставка номер один на помощь нашей планете может также означать гибель для нашего вида.

Но, когда я смотрю на ландшафт угроз, а также на разрабатываемые инструменты, которые могут помочь, не может не закрадываться некоторый оптимизм. Вот мой выбор из 10 технологий, которые, скорее всего, помогут спасти Землю.

10. Солнцезащитное стекло

Что, если бы каждое окно в небоскребе могло генерировать энергию? Это обещание солнечного стекла, новой технологии, которая вызывает много шума в кругах дизайна и устойчивого развития. Как бы это ни звучало, солнечное стекло является достаточно прозрачным оконным материалом, но также улавливает солнечную энергию и преобразует ее в электричество.

Большим препятствием была эффективность. Высокопроизводительные солнечные элементы могут достигать КПД 25% и выше, но сохранение прозрачности означает снижение эффективности преобразования света в электричество. Но команда Мичиганского университета разрабатывает продукт из солнечного стекла, который предлагает 15% эффективности и подъема, пропуская при этом полные 50% света. Согласно прогнозам соседнего штата Мичиган, существует от 5 до 7 миллиардов квадратных метров полезной оконной площади, что достаточно для обеспечения 40% потребностей США в энергии с помощью солнечного стекла.

9. Графен

Более прочный, чем сталь, тоньше бумаги, более проводящий, чем медь, графен — поистине чудо-материал — и до недавнего времени чисто теоретический. Графен — это ультратонкий слой графита, впервые обнаруженный в 2004 году в Манчестерском университете. Сейчас он является предметом интенсивных исследований и спекуляций, и многие предсказывают, что он будет следующим после бронзы, железа, стали и кремния в распространении культурной и технологической эволюции нашего вида.

Графен толщиной всего в один атом гибок, прозрачен и обладает высокой проводимостью, что делает его пригодным для широкого круга задач по исцелению планет. К ним относятся фильтрация воды, сверхпроводники, способные передавать энергию на огромные расстояния с минимальными потерями, и использование фотоэлектрических элементов, и это лишь некоторые из них. Значительно повышая эффективность по сравнению с существующими материалами, графен может оказаться краеугольным камнем нашего зеленого возрождения.

8. Пластик на растительной основе

Мы должны положить конец использованию одноразового пластика. В США уже реализуются инициативы по запрету или строгому ограничению их использования. Там, где я живу, в Лос-Анджелесе, пластиковые соломинки выдаются только по запросу, а одноразовые пластиковые пакеты исчезли из продуктовых магазинов. Но проблема глубоко укоренилась и глубоко укоренилась в нашей экономике потребления. Я живу рядом с океаном, и количество пластикового мусора, которое можно увидеть в среднем за день, просто огромно.

Биоразлагаемые пластмассы на растительной основе являются одним из приемлемых решений, поскольку теоретически они могут заменить многие пластиковые изделия, уже находящиеся в обращении. Индонезийская компания Avani Eco производит биопластик из маниоки с 2014 года. Подобно искусственному мясу и солнечному стеклу, этот сектор должен стать быстро развивающимся в ближайшие годы. Но будьте осторожны: не все биопластики биоразлагаются, и достоинства некоторых методов производства обсуждаются. Частью того, чтобы стать ответственным потребителем в следующем десятилетии, будет знание жизненного цикла продуктов, которые мы выбираем для покупки, от создания до энтропии.

7. Искусственное мясо

Дорогие хищники, у меня есть хорошие и плохие новости. Сначала о плохом: производство мяса абсолютно чудовищно для планеты. В 2017 году более 15 000 ученых со всего мира подписали Предупреждение человечеству, призывающее, среди прочего, резко сократить потребление мяса на душу населения. Один вопрос — землепользование. Производство говядины зависит от 164 квадратных метров пастбищ на 100 граммов мяса и является одной из основных причин обезлесения в Центральной и Южной Америке, что приводит к беспрецедентному выбросу углерода в атмосферу. Продовольственная и сельскохозяйственная организация считает, что на домашний скот приходится около 14,5% антропогенных выбросов парниковых газов. Животные также используют огромное количество пресной воды, в то время как загрязненные стоки от промышленного животноводства загрязняют местные водоемы.

Хорошие новости? Поддельное мясо, наконец, хорошо. Действительно хорошо. Такие компании, как Beyond Meat и Impossible Foods, предлагают вкусные альтернативы мясу, которые являются довольно приличными заменителями настоящего мяса. Наряду с технологическими достижениями и передовой наукой о продуктах питания настоящий триумф этих компаний заключается в том, что они сделали поддельное мясо модным в культурном отношении. Теперь вы можете заказать гамбургеры без мяса в Burger King и получить тако без мяса в Del Taco.

(Изображение: Getty Images/iStockphoto)

6. Аккумуляторы

Мощность является ограничивающим фактором, сдерживающим многие зеленые технологии. Ветряная и солнечная энергия, например, способны генерировать огромное количество электроэнергии, но внедрение этих технологий сдерживается серьезным недостатком: иногда бывает не ветрено и не солнечно. Электрические автомобили также делают огромные успехи, но пока запас хода не увеличится, а время зарядки не сократится, ископаемое топливо будет править.

Существующая аккумуляторная технология не поможет. С одной стороны, это слишком дорого. По данным Целевой группы по чистому воздуху, для достижения амбициозных целей Калифорнии по обеспечению энергией только за счет возобновляемых источников энергии штату потребуется потратить 360 миллиардов долларов на системы хранения энергии. Одна компания под названием Form Energy разрабатывает так называемые батареи с серным потоком, которые будут стоить от 1 до 10 долларов за киловатт-час по сравнению со стоимостью лития в 200 долларов за киловатт-час. Время хранения также должно увеличиться, возможно, на несколько месяцев. Решение Form может помочь Калифорнии достичь своих энергетических целей до середины века, предоставив дорожную карту для остального мира.

5. Датчики окружающей среды

Чтобы исцелить планету, нам нужно ее измерить. Распределенные датчики — одна из невоспетых технологий, позволяющая этому случиться, и дальнейшее распространение сетевой среды датчиков будет одной из основополагающих технологий, лежащих в основе почти всех мыслимых усилий по обеспечению устойчивого развития.

Хотите пример? Еще в 1980-х годах более высокие дымовые трубы помогли уменьшить загрязнение воздуха на восточном побережье. Проблема заключалась в том, что дымовые трубы коррелировали с более высокой скоростью кислотных дождей, что приводило к обширной вырубке лесов. Как проводилась связь? Ранние сетевые датчики загрязнения.

С тех пор технологии, конечно, продвинулись вперед. Сетевые датчики размером с десятицентовую монету уже контролируют качество воздуха и воды, выявляют загрязняющие вещества, отслеживают закисление и собирают данные в режиме реального времени о явлениях, которые имеют решающее значение для нашего социального и экономического благополучия. На подходе носимые датчики качества воздуха, а локализованные сети датчиков, отслеживающие использование энергии и воды в зданиях, сокращают количество отходов. Дальнейшее распространение этих сенсоров сильно повлияет на наш образ жизни.

(Изображение: Getty Images/iStockphoto)

Инновации

• Борцы с дронами: как самый аутентичный город Старого Запада в США обеспечивает будущее полетов
• Эта система 3D-печати превращает опилки в потрясающие деревянные лампы и гитары.
• Летающие автомобили уже здесь и доступны для предзаказа
• Лучшие доступные электромобили и как федеральный налоговый кредит может сэкономить вам 7500 долларов

4. Интеллектуальные сети

То, как сейчас работает наша энергетическая инфраструктура, известная под общим названием сети, является тревожным пережитком 19-го и 20-го веков. Производство электроэнергии по-прежнему в значительной степени централизовано и распределяется по цепочке вниз по течению, в конечном итоге достигая конечных пользователей. Проблема в том, что эти сетки очень чувствительны к колебаниям использования и выпуска. Чтобы заставить их работать надежно, им требуется перепроизводство энергии. Они склонны к нападениям, и они, как правило, полагаются на источники энергии, излучающие загрязняющие вещества.

Интеллектуальные сети уже развертываются на испытательных стендах в США и по всему миру. Концепция представляет собой не столько единую технологию, сколько развертывание многочисленных энергетических, распределительных, сетевых технологий, технологий автоматизации и датчиков для разработки новой энергосистемы 21 века. «Умные» сети позволят производить электроэнергию на местном уровне вплоть до уровня домашних хозяйств, которая может быть возвращена в сеть вверх по течению. Технологии датчиков и более точные модели прогнозирования позволят точно настроить производство энергии, чтобы избежать перепроизводства, а улучшенная технология аккумуляторов (см. № 7 в этом списке) позволит хранить энергию из возобновляемых источников. Концепция выходит за рамки световой розетки. По мере того, как приборы становятся умнее, сеть может начать автоматически сигнализировать им об отключении для экономии энергии. Все это может привести к огромным изменениям в функционировании нашей энергетической инфраструктуры. Согласно исследованию Исследовательского института электроэнергетики, к 2030 году технологии Smart Grid могут помочь нам сократить выбросы углерода на 58% по сравнению с уровнями десятилетней давности.

(Изображение: Getty Images/iStockphoto)

3. Улавливание углерода

В воздухе слишком много углекислого газа, и он нагревает нашу планету. Что, если бы мы могли захватить и изолировать его?

Это предпосылка для улавливания и хранения углерода (CCS), развивающегося класса технологий, которые призваны сыграть важную роль в здоровье нашей планеты в ближайшие десятилетия. По данным Ассоциации CCS, технологии улавливания позволяют отделять углекислый газ от газов, образующихся при производстве электроэнергии и промышленных процессах, одним из трех методов: улавливание до сжигания, улавливание после сжигания и сжигание в кислородном топливе. Углерод транспортируется по трубопроводу и хранится в горных породах глубоко под землей.

В 2017 году в Швейцарии заработала первая в мире установка по улавливанию CO2. Стартапы в США и Канаде разработали собственные установки по улавливанию углерода. В масштабе технология может помочь обратить вспять одну из самых тревожных экологических тенденций нашего времени.

(Изображение: Getty Images/iStockphoto)

2. Ядерный синтез

Наше Солнце питается от слияния ядер водорода, образуя гелий. На протяжении десятилетий ученые работали над использованием одного и того же процесса для создания устойчивой земной энергии. Усилия чрезвычайно убедительны с экологической точки зрения, поскольку они представляют собой форму энергии с нулевым выбросом углерода. В отличие от ядерного деления, процесса, который приводит в действие современные атомные электростанции, синтез не приводит к образованию долгоживущих радиоактивных ядерных отходов.

Проблема с перегревом. Чтобы генерировать чистую положительную энергию при слиянии двух частиц, реакция должна происходить при температуре в миллионы градусов по Цельсию, а это означает, что любой сосуд, который вы используете для слияния, расплавится. Ответ заключается в том, чтобы приостановить реакцию в плавающей плазме, чтобы сильное тепло не коснулось камеры, исследователи процесса считают, что этого можно добиться с помощью мощных магнитов. Типичный срок, предлагаемый для термоядерной энергии, составляет 30 лет, но команда Массачусетского технологического института, работающая с новым классом магнитов, считает, что сможет получить термоядерную энергию в сеть всего за 15 лет, что было бы огромным благом в борьбе за замедление планеты. тренд на потепление.

1. Искусственный интеллект

Конечно, он может обречь всех нас на гибель из-за любого количества научно-фантастических предпосылок (ядерное уничтожение, уничтожение стратегических видов, появление роботов), но искусственный интеллект также может быть нашим лучшим выбором для вычисления самих себя из тяжелого состояния, в котором мы оказались.

Программа Microsoft AI for Earth — это попытка использовать потенциал ИИ на благо планеты. Программа предоставила более 200 исследовательских грантов командам, применяющим технологии ИИ для здоровья планеты в одной из четырех областей: биоразнообразие, климат, вода и сельское хозяйство. Примитивный ИИ и алгоритмы машинного обучения в настоящее время анализируют ледяные поверхности, чтобы измерять изменения с течением времени, помогают исследователям высаживать новые леса с точной планировкой, чтобы максимизировать секвестрацию углерода, и создавать системы предупреждения, помогающие остановить разрушительное цветение водорослей.