Загрязнение среды и охрана природы

Загрязнение — поступление в среду веществ или энергии в количествах, нарушающих её нормальное состояние. Виды различают по среде и по характеру воздействия.

Загрязнение атмосферы. Источники: тепловые электростанции, металлургия, транспорт, котельные. Основные вещества: углекислый и сернистый газ, оксиды азота, пыль. Особенность — подвижность: выбросы переносятся ветром на сотни километров, поэтому загрязнение становится трансграничным. Кислотные дожди образуются, когда сернистый газ и оксиды азота соединяются с водяным паром; выпадая, они закисляют почвы и водоёмы, губят хвойные леса и разрушают известняковые постройки. Классический сюжет — выбросы промышленных районов Западной Европы, выпадающие в Скандинавии.

Загрязнение вод. Источники: промышленные и коммунальные стоки, смыв удобрений и ядохимикатов с полей, разливы нефти. Отдельно выделяют тепловое загрязнение — сброс подогретой воды с электростанций: температура водоёма растёт, растворимость кислорода падает, состав обитателей меняется. Эвтрофикация — бурное размножение водорослей из-за смытых с полей удобрений; отмирая, водоросли потребляют кислород, и водоём задыхается.

Загрязнение почв и земель. Отвалы, свалки, ядохимикаты, тяжёлые металлы вокруг металлургических заводов, засоление при неправильном орошении.

Физические загрязнения: шумовое (вдоль магистралей и у аэропортов), тепловое, электромагнитное, радиоактивное.

Почему это важно для заданий: в ответе нужно называть конкретное вещество или процесс и путь его распространения. «Завод загрязняет природу» балла не приносит; «выбросы сернистого газа переносятся ветром и выпадают кислотными дождями и закисляют почвы соседнего региона» — приносит.

Список «грязных» городов не случаен: почти все они — центры металлургии, энергетики и химии, и к отраслевому фактору добавляется природный.

Отраслевой фактор. Наибольшие выбросы дают цветная и чёрная металлургия, тепловые электростанции на угле, нефтепереработка и химия, целлюлозно-бумажные комбинаты. Соответственно в перечне оказываются Норильск (медно-никелевый комбинат), Череповец и Магнитогорск (чёрная металлургия), Липецк, Новокузнецк, Братск и Красноярск (алюминий и энергетика), Омск (нефтепереработка).

Природный фактор, который часто забывают назвать. Загрязнение накапливается там, где воздух плохо перемешивается. Это бывает:

— при антициклональной погоде, когда нисходящие движения и безветрие удерживают примеси у земли; зимой в Сибири такие условия держатся неделями; — в котловинах и долинах, куда стекает и застаивается холодный воздух: над городом образуется «крышка», и дым не уходит вверх; — при температурной инверсии, когда наверху воздух теплее, чем внизу, и вертикального перемешивания не происходит вовсе.

Именно сочетание крупного источника выбросов и застойной погоды даёт самые тяжёлые эпизоды загрязнения.

Что с этим делают: строят очистные сооружения и фильтры, переводят предприятия на менее грязное топливо, выносят производства за пределы города, создают санитарно-защитные зоны из зелёных насаждений и размещают предприятия с подветренной стороны относительно жилых кварталов, ориентируясь на розу ветров.

Готовая формула ответа: «в городе А загрязнение сильнее, потому что, во-первых, там расположено предприятие такой-то отрасли с большими выбросами, во-вторых, город лежит в котловине и зимой здесь преобладает антициклон с безветрием, из-за чего примеси не рассеиваются».

Формы охраны различаются строгостью режима, и на экзамене их путают чаще всего.

Заповедник — самый строгий режим. Территория полностью изъята из хозяйственного использования: запрещены рубки, охота, сбор растений, выпас; туризм запрещён или строго ограничен. Задача — сохранить весь природный комплекс в естественном состоянии и вести научные наблюдения. Заповедник служит эталоном, с которым сравнивают изменённые территории. Первый в России — Баргузинский на Байкале, созданный в 1917 году ради спасения соболя.

Национальный парк — охрана сочетается с регулируемым посещением. Внутри выделены зоны: заповедное ядро, где запрещено всё, и рекреационные зоны, где отдых разрешён по правилам, с оборудованными тропами и стоянками.

Заказник — охраняются отдельные компоненты (только птицы, только нерестилища, только определённый вид растений) и часто на срок; остальная хозяйственная деятельность разрешена.

Памятник природы — отдельный уникальный объект: водопад, пещера, роща, вековое дерево, обнажение горных пород.

Биосферный заповедник входит в международную сеть и служит эталоном для глобальных наблюдений.

Красная книга — официальный перечень редких и исчезающих видов; занесение в неё влечёт запрет добычи и обязанность охранять места обитания.

Почему это ценится в ответах: создание охраняемой территории — конкретная мера, в отличие от расплывчатого «надо беречь природу». Но и её нужно обосновывать: указать, что именно охраняется и от какой угрозы.

Ловушка: путать заповедник и национальный парк. Запомни по одному слову: заповедник — запрет, парк — посещение по правилам.

Отдельный формат заданий — оценить, стоит ли размещать производство в названном регионе. Такие задания требуют связать свойства производства со свойствами территории.

Что смотреть у производства: сколько нужно воды, энергии, сырья; какие выбросы и стоки; нужна ли рабочая сила высокой квалификации; тяжёлое ли сырьё и готовая продукция (то есть насколько важна близость к сырью или к потребителю).

Что смотреть у территории: наличие сырья и энергии, водообеспеченность, транспорт, наличие рабочих рук, экологическая уязвимость, охраняемые территории и условия рассеивания выбросов.

Разбор условия типа «Предприятие планируется разместить в Мурманской области. Оцените, насколько это целесообразно».

Доводы за: рядом есть сырьё (апатиты, руды) и дешёвая электроэнергия ГЭС; незамерзающий порт Мурманска даёт круглогодичный выход к морским путям; есть опыт и кадры горнодобывающей отрасли.

Доводы против: суровый климат резко удорожает строительство и отопление; природа Севера уязвима и восстанавливается очень медленно — нарушенный тундровый покров зарастает десятилетиями; рабочей силы мало, её приходится привлекать надбавками; удалённость от основных потребителей увеличивает транспортные расходы.

Как оформлять: задание обычно просит два довода одной стороны, и они должны быть разными по существу (не «холодно» и «морозно», а «удорожание строительства» и «уязвимость природы»). Обязательно привязывай довод к конкретной территории, а не к абстрактному Северу.

Меры охраны природы принято делить на две группы, и важно понимать, почему они не равноценны.

Меры «на конце трубы» — улавливание уже образовавшегося загрязнения: фильтры на трубах, очистные сооружения на стоках, полигоны для отходов. Они необходимы, но у них есть общий недостаток: загрязнение никуда не исчезает, оно лишь переводится из одной среды в другую. Уловленная пыль превращается в отходы, осадок со станции очистки надо где-то хранить, а на его перевозку и обезвреживание тратится энергия.

Меры «на входе» — изменение самого производства так, чтобы загрязнение не образовывалось: оборотное водоснабжение, малоотходные технологии, замена сырья на менее вредное, использование отходов одного производства как сырья для другого. Такие меры дороже на старте, но дешевле в эксплуатации и надёжнее.

Территориальные меры: вынос предприятий за пределы жилой зоны, санитарно-защитные зоны из зелёных насаждений, размещение производств с подветренной стороны относительно жилых кварталов по розе ветров, ниже города по течению реки, а не выше.

Организационные меры: нормирование выбросов и сбросов, плата за загрязнение, экологическая экспертиза проектов до начала строительства, мониторинг состояния среды.

Восстановительные меры: рекультивация карьеров и отвалов, лесовосстановление, очистка водоёмов, расселение редких видов.

Как это спрашивают: «предложите меры по снижению загрязнения воздуха в городе N». Хороший ответ содержит меры разных типов: одну технологическую, одну территориальную, одну организационную. Три однотипных предложения («поставить фильтры, поставить ещё фильтры, улучшить фильтры») засчитываются как одно.

Отходы заслуживают отдельного разговора, потому что их объём растёт быстрее производства и потому что задания часто строятся именно на них.

Откуда берутся. Больше всего отходов по массе даёт добывающая промышленность: вскрышные породы, отвалы, хвосты обогащения. На втором месте — промышленные отходы переработки, и лишь затем твёрдые коммунальные отходы, то есть бытовой мусор, — хотя именно он заметнее всего в повседневной жизни.

Способы обращения в порядке от худшего к лучшему:

Захоронение на полигонах — самый дешёвый и самый плохой вариант: отчуждаются земли, образуется фильтрат, загрязняющий грунтовые воды, выделяется метан — сильный парниковый газ.

Сжигание — уменьшает объём и даёт энергию, но требует дорогой очистки дымовых газов, иначе в атмосферу попадают опасные соединения; остаётся зола, которую тоже нужно хранить.

Переработка (вторичное сырьё) — возвращение материала в производство. Выгода двойная: не расходуется первичное сырьё и экономится энергия. Выплавка стали из лома требует существенно меньше энергии, чем из руды; то же с алюминием, где выигрыш ещё больше; макулатура сберегает древесину и воду.

Сокращение образования отходов — самый действенный путь: многооборотная тара, отказ от избыточной упаковки, продление срока службы вещей.

Раздельный сбор — необходимое условие переработки: из смешанного мусора извлечь чистое сырьё почти невозможно, потому что бумага намокает, а стекло бьётся и засоряет пластик.

Готовая связка для ответа: переработка отходов = экономия первичного ресурса + экономия энергии + сокращение площади под полигоны. Три выигрыша разного характера — именно то, что ждут в развёрнутом ответе.

Прежде чем что-то охранять, нужно измерять. Система таких измерений называется мониторингом — это регулярные повторяющиеся наблюдения за состоянием среды по единой методике.

Зачем нужна регулярность. Одно измерение не говорит ничего: содержание примеси в воздухе меняется в течение суток в разы в зависимости от погоды. Судить можно только по ряду наблюдений, и чем он длиннее, тем надёжнее вывод. Именно поэтому ценятся станции, работающие десятилетиями: они позволяют отличить случайное отклонение от устойчивого изменения.

Уровни мониторинга: локальный — вокруг конкретного предприятия или города; региональный — по бассейну реки или природной зоне; глобальный — по планете, с опорой на международную сеть станций и на спутники.

Чем измеряют. Наземные посты берут пробы воздуха, воды, почвы. Дистанционное зондирование со спутников даёт картину сразу для больших территорий: площадь пожаров и выгоревших участков, площадь вырубок, нефтяные пятна на воде, цветение водорослей, состояние посевов, ледовую обстановку. Соединение двух способов и даёт достоверную картину: спутник показывает где и сколько, наземная проверка — что именно произошло.

С чем сравнивают результат. Для веществ установлены предельно допустимые концентрации — уровни, ниже которых вещество не вредит здоровью при длительном воздействии. Для предприятий устанавливают нормы выбросов и сбросов, а превышение влечёт плату и ограничения.

Роль биосферных заповедников: они служат эталоном, с которым сравнивают изменённые территории. Без такой точки отсчёта невозможно отличить изменения, вызванные человеком, от естественных колебаний.

Условие. На основе текста о возобновляемой энергетике: «Новые ветропарки сооружаются в прибрежной зоне и в море. Объясните, почему именно там».

Задание проверяет умение связать свойство источника со свойством территории.

Довод 1. Природное условие. Над морем и на побережье ветры сильнее и устойчивее, чем в глубине суши. Причина физическая: над водой нет препятствий — леса, холмов, застройки, — которые тормозят приземный поток. Кроме того, на побережье к общей циркуляции добавляются бризы, вызванные разным нагревом суши и моря. Чем устойчивее ветер, тем ровнее выработка и тем быстрее окупается установка.

Довод 2. Отсутствие конкуренции за землю. Ветровая электростанция занимает большую площадь. В море и на малопригодных для сельского хозяйства прибрежных землях эта площадь ничего не отнимает у других видов использования, тогда как в густонаселённой местности землю пришлось бы выкупать у земледелия или застройки.

Довод 3. Близость к потребителю. Побережья во многих странах — наиболее заселённые и промышленно развитые районы, поэтому передавать энергию далеко не нужно, и потери в сетях невелики.

Довод 4. Меньше помех для людей. Ветрогенератор шумит и создаёт мелькающую тень; в море эти неудобства никого не касаются.

Как оформлять: два довода, если задание просит два, но обязательно разных по существу. «Там ветрено» и «там дует сильный ветер» — один довод, записанный дважды.

Пример проблемы, у которой есть открыватель, механизм, международный договор и измеримый результат, — лучший материал для темы охраны природы.

Открытие. Термин «кислотный дождь» ввёл английский химик Роберт Ангус Смит ещё в 1872 году, изучая воздух промышленного Манчестера. Всерьёз о явлении заговорили спустя столетие: в 1960-е годы шведские исследователи обнаружили, что в горных озёрах Скандинавии исчезает рыба, хотя вокруг ни заводов, ни городов. Вода в озёрах оказалась кислой.

Механизм. При сжигании угля и мазута и при выплавке металлов из сульфидных руд в воздух уходит сернистый газ; при сгорании топлива при высокой температуре образуются оксиды азота. В атмосфере они соединяются с влагой и превращаются в серную и азотную кислоты. Выпадая с дождём и снегом, кислота закисляет воду и почву.

Почему пострадали именно Скандинавия и Канада. Выбросы поднимаются высокими трубами — так их разбавляют у источника, — и ветер уносит их за сотни и тысячи километров. Западный перенос нёс их из Британии и континентальной Европы в Скандинавию, а из промышленного пояса США — в Канаду. Вдобавок почвы на кристаллическом щите бедны известью и не могут нейтрализовать кислоту, тогда как известняковые почвы её гасят.

Последствия. Гибель рыбы и водных организмов, усыхание хвойных лесов, вымывание питательных веществ из почвы и высвобождение ядовитого для корней алюминия, разрушение известнякового и мраморного камня в памятниках архитектуры.

Как решили. В 1979 году подписана Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния — первый международный договор такого рода; к ней добавились протоколы по сере и азоту с обязательствами сократить выбросы. Технически это было сделано сероочисткой дымовых газов на электростанциях и переходом на топливо с меньшим содержанием серы. Выбросы серы в Европе сократились в разы, и часть озёр восстановилась.

Главный урок для темы. Проблема трансграничная: страна-источник не страдает, страдает соседняя, и потому решить её внутренними мерами невозможно. Это и есть определение глобальной проблемы в действии.

Одно из самых частых последствий хозяйственной деятельности выглядит парадоксально: вода получает избыток питательных веществ и от этого становится мёртвой.

Откуда поступают вещества. Смыв удобрений с полей, стоки животноводческих ферм, недостаточно очищенные бытовые сточные воды, содержащие фосфаты из моющих средств. Главные виновники — соединения азота и фосфора.

Механизм по шагам. Первый: избыток питания вызывает бурное размножение водорослей и цианобактерий — «цветение воды». Второй: плотная плёнка на поверхности не пропускает свет вглубь, и донные растения, которые вырабатывали кислород, погибают. Третий: отмершая масса водорослей опускается на дно, и её разлагают бактерии, потребляя кислород. Четвёртый: кислород в придонном слое кончается, рыба и донные организмы гибнут; разложение продолжается уже без кислорода, с выделением сероводорода. Водоём превращается в мёртвую зону.

Где это видно в большом масштабе. Мёртвые зоны образуются в устьях крупных рек, собирающих сток с сельскохозяйственных районов: в Мексиканском заливе у устья Миссисипи, в Балтийском море, в северной части Чёрного моря, в водохранилищах Волги.

Почему проблему трудно решить. Загрязнение здесь рассеянное: оно поступает не из трубы, которую можно закрыть, а со всей площади полей. Меры поэтому тоже площадные: нормирование внесения удобрений, полосы растительности вдоль рек, перехватывающие смыв, запрет фосфатов в моющих средствах, накопители стоков на фермах.

Как это спрашивают. «Объясните, почему в водохранилище летом гибнет рыба, хотя сброса ядовитых веществ нет». Ответ — по цепочке: питательные вещества, цветение, отмирание, разложение, нехватка кислорода. Балл ставят за механизм, а не за слово «эвтрофикация».

Особо охраняемые природные территории различаются не размером, а замыслом, и именно замысел требуется назвать в ответе.

Заповедник — идея полного невмешательства. Территория изымается из хозяйственного использования целиком: запрещены рубка, охота, сбор, посещение без разрешения. Смысл — сохранить эталон нетронутой природы и вести на нём научные наблюдения, чтобы было с чем сравнивать изменённые ландшафты. Первый государственный заповедник России — Баргузинский на Байкале, учреждённый в 1916 году, и создавался он ради конкретной задачи: спасти почти истреблённого промыслом баргузинского соболя. Задача была решена — численность восстановлена, и соболя расселили отсюда по Сибири.

Национальный парк — идея совмещения. Природа охраняется, но людей пускают: парк зонируется. В заповедной зоне режим как в заповеднике, в рекреационной разрешены тропы, стоянки, гостиницы, в хозяйственной — обслуживание. Смысл в том, что охраняемая природа должна быть доступна людям, иначе общество не понимает, за что платит.

Заказник — идея частичного запрета. Охраняется не весь комплекс, а отдельный объект или на время: запрет охоты на определённый вид, запрет рубки в нерестовой полосе, охрана мест гнездования. Хозяйственная деятельность, не мешающая охраняемому объекту, продолжается.

Биосферный резерват — идея эталона и опыта. С 1971 года по программе ЮНЕСКО «Человек и биосфера» создаётся всемирная сеть территорий с трёхчленным устройством: строго охраняемое ядро, вокруг него буферная зона с ограниченной деятельностью, дальше зона сотрудничества, где отрабатываются способы хозяйствования, не разрушающие природу. Смысл — не только сохранить, но и показать, как жить рядом.

Памятник природы — единичный объект: водопад, пещера, вековое дерево, обнажение горных пород.

Как выбирать в задании. Если требуется сохранить весь комплекс в неприкосновенности — заповедник. Если сохранить и показать — национальный парк. Если защитить один вид или явление — заказник.

Слова «воздух загрязнён» становятся проверяемыми, когда появляется норматив. Разберём, как он устроен и почему его легко истолковать неверно.

Предельно допустимая концентрация — это такое содержание вещества в воздухе, воде или почве, которое при постоянном воздействии не вызывает у человека заболеваний и не ухудшает его самочувствия. Для воздуха их две: максимальная разовая (не должна превышаться за двадцать минут — отвечает за острое действие, запах, раздражение) и среднесуточная (отвечает за длительное воздействие). Для каждого вещества значения разные и различаются в тысячи раз: у угарного газа норматив измеряется миллиграммами на кубометр, у соединений свинца — тысячными долями миллиграмма.

Как считают загрязнение города. Концентрации сравнивают с нормативом и выражают в долях предельно допустимой концентрации. Затем сводят вещества вместе с учётом их опасности, получая комплексный показатель — по нему и составляют списки неблагополучных городов. Поэтому «самый грязный город» — это не тот, где больше всего выброшено тонн, а тот, где выше отношение концентраций к нормативам.

Почему тонны и концентрации — разные вещи. Завод может выбрасывать много, но при высокой трубе, ровном рельефе и постоянных ветрах концентрации у земли останутся низкими. И наоборот: умеренный выброс в котловине при зимней инверсии даёт концентрации в разы выше нормы. Вот почему одинаковые предприятия в разных местах дают разную экологическую ситуацию — и вот что нужно назвать в задании о размещении производства.

Эффект суммации. Некоторые вещества действуют совместно: каждое по отдельности ниже норматива, а вместе — превышение. Для таких групп норматив устанавливают на сумму, а не на каждое вещество.

Как это использовать. Ответ «выбросы большие» слабее, чем ответ «концентрации превышают норматив из-за слабого рассеивания: котловина, штиль, зимняя инверсия». Второй объясняет механизм, а не констатирует факт.