Стремительный рост численности населения на планете, экстенсивное вовлечение в эксплуатацию минерально-сырьевых ресурсов и другие издержки научно-технического прогресса драматическим образом отразились на состоянии окружающей среды. Сегодня уже синтезированы тысячи новых химических соединений с токсичными свойствами, и с каждым годом число их растет. К ним следует добавить природные элементы, извлеченные из недр, которые также включаются в биогеохимические процессы.
Основы изучения влияния антропогенных изменений окружающей среды на эволюцию биосферы были заложены Владимиром Вернадским еще в начале ХХ века. Заведующая отделом биохимии и экологии Института геохимии и аналитической химии РАН, носящего имя выдающегося ученого, член-корреспондент РАН Татьяна Моисеенко — одна из тех, кто развивает его учение в наши дни. В последнее время, считает она, решение очерченных В.Вернадским проблем стало особенно актуальным.
— На рубеже XX и XXI веков накопился огромный эмпирический материал о негативных воздействиях человека на органический мир, — говорит Татьяна Ивановна, — а также о различных мерах, которые позволяют как-то противостоять этому, например, изменять биосферные процессы с целью улучшения качественного состава экосистем, увеличения их продуктивности, повышения скорости накопления биомассы. Все эти сведения необходимо критически проанализировать и обобщить.
Реальность такова, что человек изменял, изменяет и впредь будет изменять окружающую среду в процессе своей жизнедеятельности. Антропогенно обусловленные изменения в биосфере происходят под воздействием многих сопряженных факторов, наложение которых может усиливать или нивелировать действие каждого из них. К тому же развивается так называемая каскадная реакция последовательных преобразований биогеохимических циклов в биосфере, захватывающая все оболочки Земли и их население.
Одна из злободневных проблем современности — глобальное потепление климата как следствие увеличения парниковых газов в атмосфере. Свой вклад в это вносит и человеческая деятельность.
— Некоторые исследователи считают, что он не слишком значительный.
— Да, но надо иметь в виду, что происходящие в последнее время явления запускают каскад сложных необратимых процессов в биосфере, изменяя круговорот вещества и энергии. Например, один из побочных эффектов потепления климата — феномен подкисления поверхностных слоев океана. До начала индустриализации значение рН океанической воды было 8,16, сейчас – 8,05. В течение XXI века этот показатель кислотности вод океана может снизиться до значений 7,96-7,7. Причины этого феномена до конца не поняты. Большая часть ученых связывает подкисление океана с увеличением содержания углекислоты в атмосфере. CO2 растворяется в океане, вступает в реакцию с морской водой и снижает уровень кислотности. Сейчас это происходит интенсивнее, чем когда-либо в истории Земли.
Изменение этого показателя влечет цепную реакцию перестроек в морских экосистемах. Как считают исследователи, оно приведет к уменьшению доступных ионов карбоната, что в первую очередь отразится на таких организмах, как кораллы, ракушки, водоросли и планктон. Со временем пострадают и более высокие формы морской жизни, произойдет нарушение всей пищевой цепи.
Механизмы ответных реакций биологических систем очень сложны и могут быть неожиданными. Например, недавние исследования зарегистрировали вспышки развития в северных морях одноклеточной водоросли кокколитофоры с известковым скелетом, на развитии которой должно бы негативно отразиться подкисление океана.
К другим опасным последствиям этого процесса можно отнести феномен кислотных проявлений на участках впадения небольших рек в океан. Природа подобного явления объясняется повышенным орошением морскими аэрозолями во время штормов прибрежных водосборов. Лососевые рыбы, как известно, на время нереста заходят в реки. Нахождение в зоне подкисленной пресной воды, смешанной с морской, не самым благоприятным образом скажется на их потомстве.
Одно из значимых опосредованных последствий потепления климата в северных широтах — локальное повышение содержания органического вещества в водотоках. По нашим исследованиям, сток углерода в арктические моря за последние 20 лет увеличился ориентировочно на 350 тонн в год. Большая часть ученых связывает это явление с потеплением климата. Увеличение экспорта органического углерода в океаны может повлечь локальные экосистемные перестройки в прибрежных зонах.
Приведенный пример наглядно демонстрирует каскадную реакцию биосферных процессов под влиянием незначительного в историческом срезе увеличения содержания парниковых газов. По мере развития исследований мы будем все больше понимать природу происходящих явлений и последствий антропогенного воздействия.
— Какие еще ситуации беспокоят ученых-экологов?
— Примеров много. В их числе воздействия, связанные с поступлением в естественный круговорот фосфора и азота. Ежегодно в результате химического выветривания пород в него вовлекается около 1 миллиона тонн фосфора природного происхождения. А на поля в виде минеральных удобрений этого вещества вносится в 20 раз больше! Причем усваиваются растениями только несколько процентов фосфора, остальное смывается и попадает в реки и океан.
Еще более заметно воздействие антропогенного азота на гидросферу. Естественная эмиссия этого элемента оценивается в 9 миллионов тонн ежегодно. А всего на суше и в морях его количество увеличивается до 150 миллионов тонн в год. Он поступает вместе с удобрениями, хозяйственно-бытовыми сточными водами, загрязненными осадками из атмосферы, в результате сжигания топлива.
Обогащение гидросферы фосфором и азотом приводит к эвтрофированию ряда озер и прибрежных зон: катастрофическому размножению в них сине-зеленых водорослей, способных выделять природные токсины нейропаралитического действия, вызывающие гибель (заморы) обитателей водной среды, что ведет к цепной реакции необратимых изменений в экосистемах.
— А как реагируют сухопутные организмы на изменения, вызванные человеческой деятельностью?
— Антропогенное загрязнение окружающей среды становится в современных условиях одним из основных факторов, воздействующих на популяции растений и животных. В эволюции биосферы много раз происходили природные катаклизмы и возникали экстремальные условия. Преодолевая трудности, живые существа приобрели различные механизмы защиты и сохранения жизнеспособности. На первой стадии приспособления к изменившимся условиям в организме происходят быстрое увеличение адреналина и норадреналина с одновременной мобилизацией и высвобождением гликогена в кровь, повышение сахара в крови, подъем давления, учащение сердцебиения, то есть создаются условия для “борьбы” или “избегания”. Если стрессовые обстоятельства продолжаются, то стимулируется кора надпочечников, высвобождается кортизол, который поддерживает изменения, вызванные адреналином… Словом, развивается целый комплекс новых физиологических явлений. Накоплены многочисленные научные факты о генетических трансформациях в популяциях животных под влиянием токсичного загрязнения, которые подтверждают существование антропогенной микроэволюции. Основной вывод этих работ: в условиях загрязнения, с одной стороны, будут происходить потеря генетического разнообразия и накопление рецессивных мутаций, с другой — высокие концентрации загрязняющих веществ становятся фактором селекции, которая направлена на отбор наиболее устойчивых генотипов.
— Как же предотвратить негативное влияние антропогенного воздействия и сохранить благоприятные условия для развития жизни?
— Понятно, что в процессе своей жизнедеятельности человек и впредь будет влиять на среду обитания. Вопрос в том, как определить ту грань, “красную черту” именно допустимых, с нашей точки зрения, изменений. Что касается проблемы антропогенного загрязнения, то главным здесь должен стать принцип предотвращения, а не борьбы с последствиями.
В последние десятилетия развитие получает научно обоснованная стратегия ограничений, базирующаяся на концепции “критических нагрузок”. Под “критическими нагрузками” понимается максимально допустимый поток поступления одного или нескольких загрязняющих веществ в экосистему, не вызывающий негативных изменений в наиболее чувствительных ее звеньях. Основа этой стратегии — решение сложных фундаментальных задач. Они должны прояснить вопросы закономерности поступления антропогенно-привнесенных элементов, их поведения и взаимодействия с природными факторами, включение в естественный круговорот элементов в природе. Надо также уточнить механизмы антропогенной изменчивости биологических систем, устойчивость и пределы адаптации, отдаленные последствие влияния экотоксикантов на живые организмы. Без выяснения этого невозможно определить — сколь долго природная среда способна ассимилировать поток загрязнений без негативных последствий для живых систем, то есть до каких разумных пределов можно воздействовать на окружающую среду.
— Татьяна Ивановна, как вы сами оцениваете реальность всех этих мер?
— Если смотреть трезво, то рассчитывать на скорые результаты не приходится. Рост народонаселения на планете и технический прогресс предполагают вовлечение новых ресурсов, формирование опасных отходов производства, что неизбежно будет в дальнейшем воздействовать на природу. Единственный механизм, который находится в руках человека, — модернизация технологий производства с учетом природоохранных требований.
Однако на определенном этапе природоохранные решения вступают в противоречие с проблемами экономического и социального характера. Очевидно, что дешевые и соответственно “грязные” технологии увеличивают прибыль и ту ее часть, которая идет на зарплату. К сожалению, именно это главным образом проявляется последнее время в России.
Всем нам, не только ученым, надо наконец перестать думать о сиюминутной выгоде, а сосредоточиться на предотвращении деградации нашей природы. Развитие природоохранных без- и малоотходных технологий с учетом научно обоснованных критических нагрузок на биосферу и ее экосистемы, реабилитация нарушенных территорий и акваторий — все это должно стать ключевыми направлениями общих усилий, обеспечивающих сохранность планеты, ее и наше безопасное существование.
Беседу вел
Михаил БУРЛЕШИН
Фото предоставлено Т.Моисеенко
Нет комментариев