Основи екології - Олійник Я.Б. - 1.2.2. Новітні галузі екології

Сучасна екологія нині перебуває у стані постійного розвитку, пошуку нових наукових напрямів для вирішення різноманітних проблем, що виникають у процесі взаємодії природи і суспільства. Цими потребами визначається поява новітніх галузей екології, спрямованих на дослідження складних життєвих ситуацій та вирішення найважливіших проблем.

Одна з таких галузей - урбоекологія. Урбанізація (з лат - місто формування) - складний історичний, суспільно-економічний, демографічний та екологічний процес перетворення природних екосистем (лісових, лучних, степових, водних) під впливом збільшення міст. Урбанізація супроводжується швидкою концентрацією населення, засобів виробництва, зв'язку і комунікацій, глибокою деформацією структурних і функціональних властивостей природних екосистем (рослинного і тваринного світу, ґрунтів, атмосферного повітря, продуктивності, біотичного кругообігу тощо), поглинанням великої кількості речовин, енергії та інформації, потужним речовинно-енергетичним та інформаційним обміном між екосистемами, високим ступенем забруднення довкілля та ін. За даними ООН, у містах більшості розвинених країн мешкає 75-80 % загальної кількості населення. Міста з більш ніж мільйонним населенням настільки негативно впливають на довкілля, що цей вплив відчувається в радіусі десятків та сотень кілометрів.

Ступінь поширення багатьох хвороб населення великих міст набагато перевищує цей показник у малих містах та селах. Наприклад, рак легенів у великих містах реєструється в 2-3 рази частіше, ніж у сільській місцевості. Рівень інфекційних захворювань у містах також удвічі вищий. Мегаполіси споживають величезну кількість води і одночасно її забруднюють. Наприклад, у більшості таких міст України якість питної води не відповідає санітарним нормам через брак відповідних технологій та коштів. Мегаполіси також створюють свій мікроклімат. Масові захворювання нервової системи, підвищена смертність викликаються такими факторами, як шумові, вібраційні навантаження, перенаселення, транспортні проблеми, електричні та магнітні поля тощо.

Кожне місто - це штучне середовище антропогенного походження, досить складна екосистема, створена співвідношенням природних (клімат, рельєф, геологічна будова, фауна і флора) і технічних (об'єкти промисловості, транспорту, будівлі тощо) факторів середовища. Міську територію (або міський об'єм біосфери) розглядають як екологічний блок (екологічну підсистему) міської геосоціосистеми та називають при цьому урбоекосистемою (міською екосистемою). Через урбоекосистеми здійснюється безпосередній матеріально-енергетичний контакт між містом і суміжними природними екосистемами. Цим самим опосередковано, через урбоекосистему територія, зайнята містом, "вмонтовується" у загальну структуру біогеоценотичного покриву. Таким чином, урбоекосистема є сукупністю живих компонентів міста (рослин, тварин, мікроорганізмів), середовища їх існування та процесів, що відбуваються внаслідок їхньої взаємодії та взаємодії з іншими компонентами міської геосоціосистеми. Підсумовуючи все сказане вище, можна окреслити головні аспекти негативного впливу міст на природу:

- забруднення всіх компонентів міських екосистем - отруєння атмосфери пилогазовими викидами від промислових об'єктів і автотранспорту, забруднення ґрунтів і природних вод токсичними речовинами та стічними водами;

- вилучення з користування великих площ продуктивних сільськогосподарських земель і лісових масивів під будівництво житлових масивів, промислових комплексів, доріг, аеродромів тощо.

Отже, урбоекологія - це галузь екології, яка вивчає і визначає шляхи покращання екологічного стану сучасних міст. Серед цих шляхів головними є такі:

- поступова стабілізація зростання міст на основі екологічно обґрунтованого розподілу людей територією держави;

- збільшення площ "зеленої зони" міст (створення парків, скверів, бульварів, захисних зон уздовж доріг тощо);

- зменшення забруднення міст автотранспортом за рахунок переходу на екологічно чисті двигуни та пальне, максимального використання метро та наземного електротранспорту, створення шумозахисних бар'єрів;

- проектування і створення санітарно-захисних зон навколо всіх без виключення промислових об'єктів;

- розробка генеральних планів розвитку міст з урахуванням циркуляції повітря, сучасного екологічного стану, максимальним збереженням існуючих зелених насаджень;

- створення "мозаїчного" міського ландшафту за допомогою чергування природних та антропогенно змінених ділянок, що робить ландшафт більш стійким до зовнішніх впливів.

З розвитком ландшафтної архітектури виник новий напрям урбоекології - екологічна архітектура, що досліджує проблеми забудови міст із максимальним урахуванням екологічних факторів, збереженням та розширенням зелених зон. Цей напрям отримав назву аркологія.

Актуальним є виникнення і розвиток такої новітньої галузі, як мілітаристична екологія, або екологія військової діяльності. Виникнення її зумовлене тим, що результатом військової діяльності є не лише бюджетні витрати і загроза глобальної ядерної війни, а й величезний негативний вплив на природне середовище. Нині війни стали екологічним лихом всесвітнього масштабу. Військовими об'єктами вилучаються з користування і забруднюються великі площі продуктивних земель, лісових масивів, а також акваторій Світового океану (для проведення військових навчань, під військові полігони, склади зброї тощо). Крім того, мілітаристична економіка і військова техніка споживають величезну кількість мінерально-сировинних ресурсів, енергії, палива, металів. Так, лише один середній танк витрачає 45 л пального на 1 км, реактивний винищувач - 900 л/хв, бомбардувальник - біля 7 т/год. Бригада танків (350 одиниць) потребує близько 2,3 тис. т пального на день.

Забагато шкоди біосфері завдали наземні, підземні та підводні випробування атомної зброї у Тихому океані, у преріях Невади, Казахстані, Якутії та інших регіонах планети. У період з 1945 по 1981 р. у світі було здійснено 1315 ядерних вибухів, під час яких лише у Світовий океан викинуто близько 2 т високоактивних і з тривалим терміном продуктів розпаду від підводних та надводних вибухів, а також майже 4 т від наземних. І це не враховуючи тієї шкоди, яку заподіюють захоронення радіоактивних відходів виробництва, відпрацьованих атомних реакторів з АЕС, атомоходів, підводних човнів тощо. Геофізичні дослідження свідчать, що ядерні вибухи можуть спричинювати землетруси внаслідок пошкодження земної кори, що зумовлює утворення великих тектонічних тріщин. Прикладом може бути випробування французами ядерного заряду на атолі Муруроа 1985 р. і пов'язаний з цим сильний землетрус у Мексиці, який стався через лічені хвилини після ядерного вибуху.

На території України також є значна кількість об'єктів військової діяльності - військових баз, містечок, арсеналів, складів боєприпасів, сховищ паливно-мастильних матеріалів і ракетного палива, авіаційних і загальновійськових полігонів, танкодромів, звалищ і захоронень небезпечних відходів, а також колишніх шахтних пускових установок, зокрема радіоактивних. Значна частина цих об'єктів створює реальну і потенційну небезпеку для населення й довкілля, забруднює навколишнє середовище хімічними речовинами, зокрема важкими металами, підвищує радіаційний фон, що призводить до деградації природних екосистем. На сьогодні екологічний стан об'єктів зберігання стратегічного й оперативного боєзапасу в Україні залишається незадовільним.

Багато екологічних проблем існує також у Військово-морських сил України. Кораблі і судна Військово-Морських сил будувались за державними стандартами без урахування нинішніх екологічних нормативів та не обладнувались системами очищення та знезараження господарсько-побутових і зливних вод. На сьогодні вони також є джерелами постійного забруднення водних об'єктів.

Крім цього, існує ще й хімічна зброя, а також бактеріологічна, зона дії якої набагато ширша, аніж ядерної або хімічної. Отже, треба негайно шукати нових заходів та шляхів зменшення екологічного лиха, заподіяного військовими. Саме це й є головною метою досліджень мілітаристичної екології.

Серед інших актуальних новітніх галузей сучасної екології слід назвати радіоекологію. Практично з моменту відкриття явища радіоактивності виникла така самостійна галузь науки, як радіобіологія. Провідне місце в радіобіології, починаючи з початку її становлення як нової галузі наукового пізнання, посідала проблема впливу іонізуючих випромінювань на організм тварини і людини. При цьому ключовими у вивченні впливу опромінення на біологічні об'єкти завжди були завдання визначення поглинутої дози, біологічної ефективності різних видів іонізуючих випромінювань, що дозволяє прогнозувати найближчі та віддалені наслідки променевого ураження.

Після аварії на Чорнобильській АЕС активно почала розвиватися радіоекологія, покликана вивчати існуючий природний радіоактивний фон, антропогенні радіоактивні забруднення природних екосистем, продуктів харчування та організму людини; а також розробляти і встановлювати нормативи радіаційного випромінювання, її називають наукою про взаємозв'язок між радіоактивністю середовища, організмами та їхніми угрупованнями. Крім цього, це розділ екології, що вивчає накопичення радіоактивних речовин організмами та їх міграцію в біосфері.

Радіоактивні опади залежно від розміру частин та висоти їх викидів в атмосферу мають різні терміни осідання і радіус поширення. Під час аварій атомних реакторів, розгерметизацій захоронень радіоактивних відходів бруд розповсюджується на десятки й сотні кілометрів, а внаслідок вибухів ядерних бомб - по всій планеті. Як відомо, дози іонізуючого випромінювання, що відповідають природному фонові, не шкідливі для життєдіяльності переважної більшості організмів та їхнього потомства. Проте навіть цей природний рівень в окремих випадках може спричинити шкідливі мутації. З підвищенням дози іонізуючої радіації ймовірність виникнення таких змін зростає.

Екстремальна радіоекологія передбачає появу надзвичайних ситуацій, пов'язаних із розповсюдженням у навколишньому середовищі радіоактивних матеріалів або продуктів їхнього розпаду. Причому зонами радіоактивного забруднення можуть бути земна поверхня, будівлі і споруди, повітряне середовище, водні об'єкти з місцями нересту та ловлі риби, підводні об'єкти з ядерними енергетичними установками, які самі по собі є джерелами радіоактивного забруднення тощо.

Однією з новітніх галузей екології, точніше, біоекології, є біоіндикація, яка вивчає стан природного середовища за реакціями живих організмів, а також характер антропогенного впливу на різні організми та їх життєдіяльність. Біоіндикація оцінює якість середовища та його окремі характеристики за станом біоти у природних умовах. Біоіндикація базується на спостереженні за складом і чисельністю видів-індикаторів. Для виявлення змін природного середовища під впливом антропогенних факторів складаються реєстри організмів-індикаторів. Біоіндикаторами називають групу особин одного виду, за наявністю, станом або за поведінкою котрих судять про різні негативні зміни у природі.

Наприклад, біоіндикація забруднення водойм - це система оцінки ступеня забруднення водойм, що базується на вивченні стану водних біоценозів, присутності індикаторних організмів, аналізі видової структури популяцій, функціональних характеристиках біоценозів тощо. Як біоіндикатори обирають організми або біологічні системи, найбільш чутливі до антропогенних факторів. Так, при оцінюванні екологічного стану поверхневих вод використовують спостереження за поведінкою дафній, молюсків, деяких риб. Індикаторами забруднення атмосферного повітря часто стають лишайники, досліджують їхній склад та біологічні особливості; цей напрям біоіндикації має назву лихеноіндикація.

Отже, біоіндикація - визначення біологічно значущих навантажень на основі реакцій на них живих організмів та їх спільнот. Це повною мірою стосується усіх видів антропогенних забруднень. Головним завданням біоіндикації є розробка методів і критеріїв, які могли б адекватно відображати рівень антропогенних збурень з урахуванням комплексного характеру забруднень, а також діагностувати ранні порушення в найбільш чутливих компонентах біологічних спільнот. Біоіндикація, як і моніторинг, здійснюється на різних рівнях організації біосфери - на рівні макромолекули, клітини, органу, організму, популяції, біоценозу.

Під час господарського планування і проектування необхідно враховувати вплив геоенергоаномальних зон не лише на здоров'я людей і стан біоти, а й на стійкість фундаментів, схилів, споруд. Геоенергоаномальні зони зазвичай збігаються з геологічними аномаліями - розломами, тріщинами в земній корі, ділянками великої концентрації тектонічних напружень, високого теплового потоку з надр Землі, карстом, підземними водними потоками, рудними вузлами, родовищами руд металів та ін. Для них характерні гравітаційні, теплові, електромагнітні, геохімічні аномалії, активна міграція різноманітних газів і розчинів у земній корі, підвищена сейсмічна активність.

Потоки енергії, які надходять з надр Землі, впливають на перебіг біохімічних процесів у живих організмах, контролюють умови існування всіх живих істот, у тому числі й людини. Цей вплив може бути або негативним, або позитивним. Залежно від цього розрізняють геопозитивні (сприятливі) та геопатогенні (шкідливі для здоров'я) зони. Якщо, наприклад, будинок споруджено на геопатогенній ділянці, його жителі погано себе почуватимуть (знижуються імунітет, працездатність, підвищується ризик захворювань, особливо онкологічних, тощо). У наш час аномальні зони вивчаються з використанням різних методів. А новітня галузь екології, яка й здійснює ці дослідження, має таку ж назву - екологія геоенергоаномальних зон. Бона вивчає вплив енергії навколишнього простору на живі організми, причини послаблення або посилення цієї енергії у зв'язку з планетарними і космічними процесами.

Загальні принципи інформатизації суспільства відображаються на особливостях різноманітних предметних сфер буття, у тому числі природних процесів. Широке застосування інформатики у вирішенні проблем природного середовища призвело до появи геоекоінформатики. Геоекоінформатика - новітній науковий напрям, що розробляє теорію, засоби і технологію інформаційного забезпечення й автоматизації біосферних та екологічних досліджень з метою раціоналізації природокористування й охорони природи. В сучасних умовах без вірогідної екологічної інформації не можна зрозуміти різних тенденцій екологічного процесу. Саме тому й виникла необхідність вивчати інформаційне забезпечення, що сприяє вирішенню екологічних проблем.

Одним з новітніх наукових напрямів в екології, що з'явився буквально декілька років тому, є психоекологія - наука про вплив навколишнього середовища і суспільства на особистість, психіку, поведінку, настрій і здоров'я людини. Психоекологія вивчає зв'язки між станом психіки людей та різними екологічними чинниками. Також вона досліджує проблеми адаптації людини до погіршення екологічних ситуацій; нервові травми та психози, спричинені екологічними факторами.

Одним з наймолодших напрямів екологічних досліджень є космічна екологія, або екологія Космосу. її виникнення пов'язане з проблемами запобігання шкідливому забрудненню, а також свободи дослідження та використання космічного простору і небесних тіл. Забруднення Космосу можна розглядати як частину більш загальної проблеми експериментів у Космосі з потенційно шкідливими наслідками. Поняття забруднення Космосу охоплює як його засмічення, так і зараження. На орбітах навколо Землі обертається близько 8 тис. космічних об'єктів, більшість із яких вже виконали свої завдання і не мають жодної наукової цінності. З метою запобігання такому забрудненню слід скорочувати до мінімуму кількість космічних об'єктів, які втратили наукове і практичне значення, але продовжують рух орбітою навколо Землі. Сюди ж слід зарахувати і питання про припинення радіопередач з борту космічних об'єктів після виконання ними свого призначення. Отже, проблема включає запобігання радіоактивному, біологічному та хімічному забрудненню Космосу.

Космічні ракети розширили межі пізнання людиною Сонячної системи, вивели науку за межі навколоземного простору; міжпланетні кораблі розпочали дослідження Космосу в районах Місяця, Марса, Венери. Усе це стало можливим завдяки розвитку найважливіших галузей сучасної науки і техніки, насамперед ракетної техніки, радіоелектроніки, ядерної фізики. Щодо шкідливого впливу, то, наприклад, висота найбільшої ракети "Аполлон" (саме з її допомогою були здійснені пілотовані польоти на Місяць) перевищувала 100 м, а маса - близько 3 тис. т. Зараз найбільша ракета важить близько 2 тис. т і має висоту близько 50 м. Така ракета за секунду спалює близько 10 т палива та викидає в атмосферу шкідливі продукти згоряння. "Найменші" космічні ракети мають масу близько 100 т, а маса палива в ракетах усіх типів становить близько 90 % від маси ракети.

Найменш шкідливим паливом вважається рідкий водень, в результаті згоряння якого утворюється водяна пара. Таке паливо використовується в ракетах-носіях "Спейс Шаттл" (СІЛА). Українська ракета "Зеніт-2" і російська "Союз" ("Русь") використовують гас - порівняно нешкідливе паливо. У російській ракеті "Протон" застосовується дуже агресивне і токсичне паливо - гідразин, гептил.

Екологічні наслідки запусків ракет залежать від маси ракет і частоти запусків, тобто вантажопотоку на орбіту. Останній становить близько 2200 і 700 т на рік для космодромів Байконур (Росія) і мис Канаверал (США) відповідно.

Космічна ракета, або "ракетний поїзд", як її називав Ціолковський, є сукупністю ракет-ступенів, що в міру витрати палива автоматично чи за командою із Землі відокремлюються від ракети, звільняючи її від зайвого вантажу. У польоті ракети-ступені працюють послідовно. Різні ракети мають різну кількість ступенів, що змінюється від двох до шести. Нульова і перша ступені ракети-носія працюють близько 1-2 хв. Після згоряння палива ступені відстрілюються і падають на відстань близько 100 км від місця старту ракети. Другі і треті ступені падають на відстанях близько 800 і 2500 км відповідно. Для запуску ракет відчужується ділянка земної поверхні з площею 1500-5000 км2. Сумарна маса падаючих ступенів (залежно від типу ракети) змінюється від декількох десятків до кількох сотень тонн.

Небезпечні для довкілля як самі ступені ракет, так і залишки токсичного палива. Тільки в країнах СНД залишками палива від ракет "Протон", "Циклон" і "Космос" забруднено близько 10 тис. км2 земної поверхні.

Наприклад, жителі алтайського села Саратан розповіли, що перші нещастя у них розпочалися у 1959 р., коли на альпійських луках почали знаходити великі уламки якоїсь техніки (багато хто думав, інопланетної, бо про Байконур у селі ще нічого не знали). Стали гинути коні, корови та вівці. Поступово була знищена практично вся рослинність, зникли високогірні квіти. Потім місцевість залишили птахи: косачі, білі куріпки, глухарі, зозулі і навіть невибагливі горобці. З околишніх лісів зникли лосі, вовки та ведмеді. Жителі алтайських сіл почали рано сивіти, хворіти на гіпертонію, страждати від захворювань нирок і печінки, спостерігалися випадки випадіння волосся, зареєстровано багато випадків онкологічних і психічних захворювань. Лікарі пов'язували все це із впливом ракетного палива гептилу, але правду хворим не повідомляли, тому що в СРСР це було державною таємницею.

Сьогодні навіть керовані спуски орбітальних станцій (ОС) є дуже небезпечними. Річ у тім, що за десятиліття функціонування ОС у них з'являється власна забруднена атмосфера, де розвиваються маловивчені мікроорганізми. За 11 років функціонування ОС "Мир" на ній з'явилося 140 видів мікроорганізмів, а для деяких з них змінилося близько 190 тисяч поколінь. На думку японських фахівців, ці мікроорганізми-мутанти є бактеріологічною зброєю, що ставить космонавтів в екстремальні умови і загрожує землянам, адже й досі не зрозуміло, як поводитимуться ці мікроби після падіння ОС в океан.

У наш час на навколоземних орбітах знаходиться 58 об'єктів з ядерними і радіоізотопними установками. їхнє падіння (а всі космічні апарати рано чи пізно падають) завжди призводить до серйозних екологічних наслідків. У 1978 р. радянський "Кос-мос-954" з ядерною енергоустановкою зруйнувався в атмосфері над Канадою, що призвело до радіоактивного забруднення близько 100 тис. км2 земної поверхні.

Як відомо, шлях у Космос лежить через приземну атмосферу (10-20 км від поверхні Землі). Саме вона першою приймає на себе удар ракети, під час старту, коли відбуваються найбільші за масою викиди продуктів згоряння. Також в цей час генеруються найпотужніші акустичні та електромагнітні випромінювання. Наприклад, внаслідок роботи двигунів однієї з найбільш екологічно чистих ракет "Спейс Шаттл" до атмосфери викидається близько 1850 т продуктів згоряння, з яких приблизно половина - у приземну атмосферу. Однієї соляної кислоти потрапляє у середовище 160 т, з них більше 90 т - у приземну атмосферу. Після цього на великих площах спостерігаються рясні кислотні дощі. Окрім розглянутого впливу, запуски космічних апаратів супроводжуються тепловим, газодинамічним, електромагнітним впливом струменя, динамічним впливом корпуса ракети та ін.

За 50 років космічної ери у Космос запущено близько 24 тис. штучних космічних об'єктів (близько 500 штук на рік). Майже 8 тис. з них й досі знаходяться на навколоземних орбітах. Більш ніж 16 тис. згаданих об'єктів упали на поверхню Землі (близько 400 штук на рік, у середньому падає один об'єкт на день). Фрагменти космічного сміття мають відносну швидкість близько 10 км/с Тому навіть одна "космічна смітинка" масою 10 г має кінетичну енергію близько 50 тис Дж. Це еквівалентно вибуху 120 г вибухової речовини, достатньої для підриву, наприклад, автомобіля. Фрагменти космічного сміття бувають різних розмірів - від декількох міліметрів до кількох метрів. Тільки частинок з розміром понад 10 см у Космосі знаходиться близько 8 тис. За ними ведуться постійні спостереження, усі дані заносяться у спеціальні каталоги. Загальна вага цих фрагментів перевищує З тис. т.

Кількість фрагментів розміром від 1 до 10 см перевищує 300 тис. Кількість же частинок з розміром меншим за 1 см становить кілька сотень мільйонів. При зіткненні цих фрагментів відбувається їхнє подальше дроблення. Починаючи з якогось моменту, цей процес може стати лавиноподібним, після чого і раніше не дуже безпечні польоти у Космос стануть взагалі неможливими. Одночасно безповоротно зміняться фізичні властивості самого Космосу. Можливі наслідки цих змін поки що прогнозувати дуже важко.

Отже, людина підкорила всі земні оболонки: поверхню планети (літосферу), гідросферу, атмосферу. Півстоліття тому вона почала підкоряти Космос. Людина скрізь ґрунтовно зіпсувала навколишнє середовище, що спричинило дуже серйозні екологічні проблеми. Весь досвід людства свідчить: до чого людина не торкається - неодмінно поряд з безсумнівними благами з'являються нові проблеми, у тому числі й екологічного характеру. Пройде не так багато часу, і вже наші нащадки будуть писати не про екологію Космосу, а про екологію Сонячної системи, а потім і про екологію нашої Галактики. Такий неминучий підсумок технічної діяльності людини у Космосі. Науковий і технологічний прогрес зупинити не можна, залишається лише мінімізувати його шкідливі екологічні наслідки.

Проте космічна діяльність може позитивно вплинути на деякі аспекти охорони природи. Космічна техніка надає унікальні можливості не для фрагментарного, а для глобального збору об'єктивних даних про стан природних ресурсів. Крім того, вона вже зараз може суттєво збільшити можливості спрямованого впливу на природне середовище з метою отримання оптимального результату. До того ж, багато технічних рішень щодо екологічних проблем, призначених для забезпечення тривалих космічних польотів, застосовуються для розв'язання цілком земних проблем охорони навколишнього середовища, тому можливість використання такого потужного засобу, як космічна техніка, з метою охорони природи Землі привертає увагу екологів. Основними підрозділами космічної екології є: екологія космічних апаратів, екологія ближнього Космосу, екологія планет Сонячної системи, екологія зовнішнього Космосу, глобальний космічний екомоніторинг та ін.

Почали та продовжують розвиватися такі найновітніші напрями екології, як екологія культури, внутрішньодержавна і міжнародна екополітика.