Загрязнение и здоровье окружающей среды


                   Загрязнение и здоровье окружающей среды

Загрязнение  —  это  нежелательное  изменение  физических,  химических   или
биологических характеристик нашего воздуха,  земли  и  воды,  которое  может
сейчас или в будущем  оказывать  неблагоприятное  влияние  на  жизнь  самого
человека, нужных ему растений и животных, на разного  рода  производственные
процессы, условия жизни и культурное достояние,  истощать  или  портить  его
сырьевые ресурсы. Загрязнители  —  это  остатки  того,  что  мы  производим,
используем и выбрасываем  прочь.  Загрязнение  увеличивается  не  только  от
того, что с ростом .населения уменьшается  доступное  для  каждого  человека
пространство, но и от того, что потребности  на  душу  населения  непрерывно
увеличиваются, так что из года в год каждый из нас выбрасывает все больше  и
больше. Земля стала более населенной, на ней нет  больше  места  для  свалки
мусора. То, что служит мусорной  корзинкой  для  одного  человека,  является
жизненным  пространством  другого.  (К  «выбрасываемым  прочь»  загрязнениям
следует  добавить  те,  которые  представляют  собой   неизбежные   побочные
продукты  транспорта,  промышленности  и  сельского   хозяйства;   по   мере
расширения этих областей деятельности людей возрастает и загрязнение.)
Мы уже приводили веские основания для утверждения,  что  в  настоящее  время
загрязнение — один из важнейших лимитирующих факторов для человека.  Усилия,
которые  сейчас  приходится  прилагать  для  уменьшения   и   предупреждения
загрязнения, могут послужить хорошей отрицательной обратной связью,  которая
предотвратила бы полное разграбление человеком ресурсов Земли  и  тем  самым
самоуничтожение. Эта проблема существует во всем  мире,  различаясь  лишь  в
одном  аспекте:  в  развивающихся  странах  (70%  населения  земного   шара)
хронические  загрязнения  и  болезни  связаны  с  испражнениями  человека  и
животных, тогда как в богатых развитых странах (30% населения земного  шара)
агро-индустриальное химическое загрязнение сейчас выступило на  первый  план
по сравнению с органическим. В дополнение  к  этому  глобальное  загрязнение
воды и воздуха, порождаемое  преимущественно  развитыми  странами,  угрожает
сейчас каждому. Во всех главах первой части мы все время  отмечали  значение
экологических принципов для понимания причин и  для  устранения  последствий
разных форм загрязнения. Чтобы  справиться  с  загрязнением  в  локальном  и
глобальном масштабе,  необходим  экосистемный  (целостный)  подход;  поэтому
здесь мы попытаемся дать общий  очерк  проблемы  и  кратко  изложить  те  ее
разделы,  которые  особенно  привлекают  внимание  широкой   общественности.
Реформы и решения в этих особенно  критических  областях  могли  бы  указать
путь к решению проблемы в целом.
Лучшими  учебными  пособиями   по   проблеме   загрязнения   могут   служить
официальные  отчеты,  подготовленные   Национальной   академией   наук   или
Консультативным комитетом по вопросам  науки  при  Президенте.  Введением  в
изучение загрязнения воды могут служить книги Хайнеса (1960),  Хокса  (1963)
и Уоррена (1971).
                               ЦЕНА ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Цена загрязнения слагается из трех компонентов, каждый  из  которых  ложится
ужасным и все более тяжелым бременем на  человеческое  общество:  1)  потеря
ресурсов в  результате  эксплуатации  с  неоправданно  'большим  количеством
отходов,  потому,  что,  как   утверждает   отчет   Национальной   академии,
«загрязнение — это  часто  ресурсы,  оказавшиеся  не  на  своем  месте»;  2)
стоимость ликвидации загрязнения и контроля над ним (фиг. 215, А);  обратите
внимание, что сейчас дороже всего обходится очистка сточных  вод  и  твердых
отходов (отбросов), тогда как в ближайшие 30  лет  борьба  с  гораздо  более
вредоносными загрязнениями  от  автомобильных  двигателей  и  энергетических
установок  должна  стать  в  100  раз  дороже,   если   будет   продолжаться
безудержный  рост  городов;  цена  здоровья  людей  —   этот   аспект   цены
загрязнения  —  встревожит,  вероятно,  эгоцентричного  по   своей   природе
человека  больше,  чем  другие  аспекты,  которые  легко  замаскировать   на
локальном уровне разного рода рассуждениями «цена —  выгода».  Фиг.  215,  Б
дает драматическую картину  того,  что  происходит  в  Украине  в  настоящее
время: смертность от инфекционных заболеваний круто снижается  (кривые  /  и
//), а смертность от связанных с качеством  окружающей  среды  респираторных
болезней и рака так же круто идет  вверх  (кривые  ///  и  IV).  В  недавнем
обзоре учёных НАН Украины о цене  здравоохранения  в  связи  с  загрязнением
воздуха показано, что
[pic]
[pic]
Фиг. 215. Цена загрязнении.
А. Предполагаемая стоимость борьбы с первичными  загрязнителями  в  бассейне
реки Днепр. Обратите внимание, что основные расходы  в  1970  г.  связаны  с
обработкой сточных вод (/) и твердых отходов (//), но к  2000  году  затраты
на борьбу с загрязнениями, порождаемыми автомашинами (///),  промышленностью
(IV) и производством электроэнергии (V),  возрастут  в  10—  100  раз,  если
только не будут приняты соответствующие меры. Б. Резкое снижение  смертности
от  инфекционных  болезней  —  туберкулеза  (/),  тифа  и   дифтерия   (//),
сопровождаемое  столь  же  резким  увеличением  заболеваний,   связанных   с
загрязнением,—рака легких (///)  и  других  злокачественных  новообразований
(IV) за период с 1900 по 1960 г. (г. Донецк, 1968),
одно лишь снижение на 50% загрязнения воздуха в городских районах  позволило
бы сэкономить 20  млрд.  грн.  в  год.  Это  только  стоимость  медицинского
обслуживания и потерянного по  болезни  рабочего  времени;  сюда  не  входит
«цена» человеческих страданий или  смерти  и  инвалидности  от  автодорожных
происшествий и  несчастных  случаев  в  промышленности.  Эти  авторы  строго
обосновали  зависимость  всех  респираторных  заболеваний   от   загрязнения
воздуха;   они   даже   высказали   предположение,   что    многие    данные
свидетельствуют  о  связи  с  загрязнением  всей   смертности   от   раковых
заболеваний. Многие  медики  опасаются,  что  по  мере  увеличения  стрессов
окружающей среды на организм человека возникнут «неурядицы» с  инфекционными
болезнями, и не только вследствие понижения сопротивляемости  организма,  но
и потому, что вирусы (которые, по мнению многих, участвуют  в  возникновении
раковых заболеваний) и другие болезнетворные организмы становятся все  более
устойчивыми к процессам обработки воды и пищевых продуктов.  Обработку  воды
и переработку отходов (которые до сих  пор  рассматривали  порознь)  следует
объединить в единую восстановительную систему.

                              ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Классификация загрязнений не менее  сложна  и  запутана,  чем  классификация
озер или других природных явлений. Широко  распространены  классификации  по
типам среды (воздух, вода,  почва  и  т.  п.)  и  по  загрязняющим  факторам
(свинец, углекислый  газ,  твердые  отходы  и  т.  д.).  О  каждом  из  этих
компонентов загрязнения могут быть и будут написаны толстые книги. Однако  с
точки зрения уменьшения загрязнения в целом  (т.  е.  с  экосистемной  точки
зрения) важно различать прежде всего два основных типа загрязнения.
К первому относятся стойкие (неразлагающиеся) загрязнения — вещества и  яды,
такие, как алюминиевые банки, соли ртути,  фенольные  соединения  с  длинной
цепью, ДДТ, которые в естественной среде либо  не  разрушаются  вовсе,  либо
разрушаются очень медленно. Иными словами, для этих  веществ  не  существует
природных процессов, которые могли бы их разлагать с такой же  скоростью,  с
какой они вводятся  в  экосистему.  Такие  неразрушающиеся  загрязнители  не
только  накапливаются,  но  часто   «биологически   усиливаются»   по   мере
прохождения в биогеохимических циклах и по пищевым цепям.  Кроме  того,  они
могут образовать другие ядовитые вещества, соединяясь с  другими  веществами
окружающей  среды.  Единственный  возможный  способ   «очистки»   от   таких
загрязнителей — это их изъятие или экстракция  из  системы  жизнеобеспечения
окружающей среды, что  сопряжено  с  большими  расходами.  Подобное  изъятие
возможно в космических кораблях, но удаление многих таких  загрязнителей  из
биосферы практически невозможно.  Очевидное  и  разумное  решение  (которое,
однако, легче сформулировать, чем выполнить) состоит в том, чтобы  запретить
выброс в окружающую среду таких веществ  (или  хотя  бы  контролировать  его
так, чтобы  избежать  токсичного  уровня)  или  даже  совершенно  прекратить
производство таких веществ (т. е. найти легко деградирующие заменители).
Второй  тип  —  это  загрязнители,  разрушаемые  биологическими  процессами,
такие, как бытовые сточные  воды,  которые  легко  разлагаются  естественным
образом или на городских станциях по очистке сточных вод,  где  естественные
пгроцессы разложения и восстановления усиливаются.  Иными  словами,  к  этой
категории относятся вещества, для ко-



                   ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ЗДОРОВЬЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Энергетика, загрязнения
[pic]
Фиг.  216.  Влияние  на  экосистему   загрязнений  двух  типов  —  нестойких
органических (/) и стойких токсичных (//). Объяснения — в тексте.
торых  существуют  естественные  механизмы  .переработки.  К  ней  же  можно
отнести  тепло  или  термальное  загрязнение,  так  как   оно   рассеивается
естественным  путем,  во  всяком  случае  в  пределах,  установленных  общим
тепловым бюджетом биосферы.
Проблемы  с  разрушающимися  загрязнениями   возникают   тогда.   когда   их
поступление в  окружающую  среду  превышает  ее  способность  разлагать  или
рассеивать их. Современные затруднения с обработкой сточных вод  обусловлены
в значительной степени тем, что города растут гораздо быстрее, чем  очистные
устройства.  В  отличие  от  загрязнения  токсичными   стойкими   веществами
проблема очистки загрязнений, поддающихся разложению,  технически  разрешима
посредством   сочетания   механической   и   биологической    обработки    в
полуестественных зонах переработки отходов. Опять-таки существуют  известные
пределы  общего  количества  органического  вещества,  которое  может   быть
разложено на данной площади, а также  всеобщее  предельное  ограничение  для
количества СО2, освобождаемого в атмосферу. Если мы не хотим перешагнуть  за
предельные  возможности  биосферы,  то  мы  должны  сохранить  для   каждого
человека примерно  2  га  биологически  продуктивного  пространства  суши  и
пресных вод (плюс океаны).
Различие  в  воздействии  двух  основных  типов  загрязнения  на  энергетику
системы показано  на  фиг.  216.  Нестойкие  загрязнители,  несущие  энергию
{органическое вещество), или питательные вещества (фосфаты, карбонаты  и  т.
п.),  повышают  продуктивность  экосистемы,  если  поступают   в   умеренном
количестве (кривая /). При  повышении  поступления  до  критического  уровня
часто возникают резкие  колебания  (.например,  в  цветении  водорослей),  а
дальнейшее увеличение поступления этих  загрязнений  приводит  к  стрессу  —
система в сущности оказывается  отравленной  «избытком  благ».  Быстрота,  с
какой в отсутствие должного контроля может произойти переход от  хорошего  к
плохому, вносит  дополнительные  трудности  в  распознавание  загрязнения  и
воздействие  на  него  (это  видно  по  тому,  как  круто  кривая   /   идет
вниз).Кривая // на фиг. 216 показывает,  что  токсичные  вещества  с  самого
начала вызывают стресс и по мере  увеличения  их  количества  продуктивность
подавляется все больше, однако и в этом случае при постоянном низком  уровне
их поступления в среду эффект будет трудно обнаружить.
                          ЭТАПЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ
Обычно  принято  делить  обработку  нестойких  отходов  на  три  стадии:  1)
предварительная (первичная) обработка — механическое отсеивание и  осаждение
твердых веществ (которые сжигают или закапывают);  2)  неполная  (вторичная)
обработка — биологическое восстановление органического вещества; 3)  полная,
или окончательная  (третичная)  обработка,  'которая  состоит  в  химическом
удалении  фосфатов,   нитратов,   биогенных   и   других   веществ.   Полная
трехстепенная обработка  жидких  отходов  показана  на  фиг.  217.  Как  уже
отмечалось, неполная обработка осуществляется  в  биологической  системе,  в
которой микроорганизмы разлагают биологическое вещество  таким  же  образом,
как они делают это в почвах  и  донных  осадках.  Наиболее  распространенная
установка представляет собой систему с активным  илом,  которая  при  помощи
насоса, обычно электрического, производит аэрацию  и  перемешивание.  Другая
система — это  система  с  капельным  фильтром,  в  которой  жидкость  после
предварительной обработки течет под действием силы  тяжести  по  камням  или
сочится по поверхности пластмассового лотка, образующего аэрируемый  слой  и
напоминающего перекат естественной реки. Систему вторичной обработки  весьма
полезно изучить на  практике  по  экологии;  в  качестве  руководства  можно
рекомендовать книгу Хокса (1963).
Предварительная и неполная обработка были  недавно  скомбинированы  в  очень
компактной установке, которая особенно удобна  для  пригородов  и  небольших
городов. Следует напомнить, что переработка в меньшем  пространстве  требует
увеличения  подводимой  мощности  (энергии)  и  более  высокой  квалификации
обслуживающего  персонала;  любая  неполадка   сопровождается   поступлением
необработанных  сточных  вод  в   окружающую   среду.   Это   вновь   служит
иллюстрацией   принципа,   согласно   которому   повышение    сложности    и
эффективности  в  использовании  пространства  требует   увеличения   затрат
энергии на «откачивание неупорядоченности».
По  стоимости   сооружения   и   эксплуатации   самыми   дешевыми   являются
окислительные пруды. Это неглубокие водоемы (1 — 1,5м  глубины),  устроенные
так, чтобы поверхность соприкосновения с воздухом была  максимальна.  Отходы
закачиваются на дно пруда, и водоросли, бурно растущие в верхней  освещенной
зоне, обеспечивают аэрацию.
[pic]
Фиг. 217. Три стадии обработки сточных вод и других органических отходов.
Многие крупные и мелкие  города  уже  имеют  установки  для  предварительной
(первичной) обработки; большинство предполагает начать производить  неполную
(вторичную)  обработку  в  ближайшие  годы.  Полную  (третичную)   обработку
необходимо ввести как можно скорее, иначе крупные город  захлебнутся  своими
собственными отбросами.

Эти пруды действуют  как  аэробно-анаэробные  системы,  подобно  естественно
плодородным лагунам. Применение  таких  полуестественных  устройств  требует
много места  (около  0,5  га  на  обработку  бытовых  отходов  100  чел.)  и
разумного  обращения.  Производительность  их  можно  повысить  при   помощи
дополнительных  устройств  для  механической  аэрации.  Такие  пруды  сейчас
широко применяют для обработки бытовых сточных вод  в  пригородных  районах,
особенно в теплом климате. Эффективны  они  также  для  частичной  обработки
отходов  бумажных  и  текстильных  фабрик,   фабрик,   выпускающих   пищевые
продукты, и т. д. Несомненно, что такие пруды будут  шире  использоваться  в
будущем для переработки отходов с птицеферм и скотных  дворов.  В  настоящее
время эти  отходы  животноводства  почти  не  обрабатываются,  что  является
причиной очень серьезного загрязнения водных путей (вспомните, что на  земле
примерно в пять раз больше домашних животных, чем людей, если, так  сказать,
привести их к одному знаменателю). Следует  подчеркнуть,  что  окислительные
пруды производят не полную обработку, а превращение: органическое  вещество-
загрязнитель  превращается  в  вещество  водорослей  и  биогенные  вещества,
которые  выносятся  в  естественную  среду,  где  для  них  должно   иметься
адекватное пространство  и  возможность  включения  в  пищевые  цепи.  Здесь
напрашиваются такие решения, как сбор урожая водорослей на  корм  скоту  или
использование прудовых стоков для аквакультуры, ирригации и других  полезных
целей, но все это требует дальнейших исследований.
Даже после относительно  полной  вторичной  обработки,  сток  еще,  конечно,
сильно  загрязнен   биогенными   веществами   и   непригоден   для   прямого
использования человеком. В  то  время  как  технология  вторичной  обработки
достаточно развита, третичная обработка находится  еще  главным  образом  на
стадии экспериментальных установок. Большинство городов все еще стремится  к
достижению  адекватной  вторичной  обработки,  тогда  как  им  следовало  бы
добиваться полного восстановления путем третичной обработки.  Тысячи  мелких
городов и пригородных районов не производят вообще никакой обработки  или  в
лучшем случае производят только грубую первичную обработку. Как  указывалось
выше,   отходы   индустриализованного   сельского   хозяйства    почти    не
обрабатываются. Человек рассчитывает,  что  третичную  обработку  произведет
природа, и она могла бы делать это очень эффективно,  если  предоставить  ей
достаточно  места.  Осложнения  начинаются  после  того,  как  пространство,
необходимое для естественной обработки отходов, человек  застроит  городами,
сельскохозяйственными  и  промышленными  предприятиями,  которые  производят
дополнительные  загрязнения.  В  результате  ему  приходится  прибегнуть   к
искусственной третичной обработке, которая в несколько  раз  дороже  обычной
вторичной обработки. Стефенс  и  Вайнбергер  (1968)  приводят  сравнительную
стоимость разных стадий обработки отходов:
1) 1000 галлонов рабна 3785 л.
[pic]
Нижние   цифры   соответствуют   стоимости    на    крупных    предприятиях,
обрабатывающих по 100 млн. галлонов в день. Капиталовложения, требуемые  для
создания установок полной обработки, — порядка 25 млн.  долл.,  а  установка
для неполной и предварительной обработки обходится в  20  и  10  млн.  долл.
соответственно. Производство питьевой воды путем  полной  обработки  (полное
восстановление) обходится дешевле, чем опреснение (в последнем  случае  1000
галлонов стоит не менее 1 долл.) и может вскоре стать дешевле, чем  доставка
воды по трубам из удаленных источников;  По  качеству  восстановленная  вода
была бы лучше той, которую пьют сейчас миллионы городских жителей.
В менее густонаселенных областях начинают проявлять .все больший  интерес  к
использованию для третичной  обработки  не  только  водных,  но  и  наземных
экосистем. Это разумно, так как площадь наземной  среды  обитания  во  много
раз больше, чем поверхность пресноводных водоемов. Эксперименты,  в  которых
участки земли орошали сточными водами от установки вторичной  обработки  при
помощи разбрызгивателей, показали, что  на  востоке  Украины  это  позволяет
добавить по крайней мере 5 см в неделю такой воды  к  естественным  осадкам,
не изменяя качества грунтовых вод. Иными словами, фосфаты, нитраты и  другие
биогенные вещества, добавляемые  в  почву  с  такой  скоростью,  поглощаются
растениями и почвой. Рост зерновых и пастбищных культур  и  молодых  посадок
леса при подобном «опрыскивании» биогенными  веществами  сточных  вод  также
усиливался. Очевидно, такого рода земляной «фильтр» будет  обладать  большой
долговременной емкостью, если удалять  биогенные  вещества,  собирая  урожай
или путем выпаса. Однако результаты последних экспериментов со всеми  типами
орошения предостерегают, что при высоком  уровне  входа  биогенные  вещества
или соли могут постепенно  накапливаться.  Эксперименты  следует,  вероятно,
продолжать еще много лет, для того  чтобы  определить  истинные  возможности
третичной обработки на различных типах водосборов. А до  тех  пор  следовало
бы  исходить  из  того,  что  оптимальный  ввод  должен   быть   ниже   того
максимального  ввода,  который  кажется  допустимым  по  данным   3—5-летних
экспериментов.
             СТРАТЕГИЯ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ И КОНТРОЛЯ НАД НИМИ
Человек  располагает  тремя  возможностями   избавления   от   отходов:   1)
сбрасывание без всякой обработки  в  ближайшее  подходящее  место)  (воздух,
река, озеро, почва, колодец или океан); 2) сбор и обработка  в  определенной
ограниченной  зоне   обработки   отходов,   где   созданы   полуестественные
экосистемы,  такие,  как  окислительные  бассейны,  опрыскиваемые   леса   и
земляные насыпи, которые выполняют большую  часть  работы  по  разложению  и
восстановлению;   3)   переработка   в    искусственных    хемо-механических
регенерационных системах. Первый  путь  основан  на  теории  «разбавление  —
решение проблемы загрязнения»; он был и остается главным  способом  удаления
отходов, используемым почти повсеместно. Промышленные предприятия  и  города
обычно расположены вдоль водных путей,  что  облегчает  сбрасывание  сточных
вод. Очевидно, что  такая  практика  не  может  продолжаться  и  ее  следует
прекратить как можно скорее, чего бы это ни стоило.
Второй луть дает наиболее экономичный способ избежать всеобщего  загрязнения
окружающей среды достаточно разбавленными,  но  большими  объемами  отходов,
которые  так  сильно  ухудшили  .сейчас  качество  жизненного   пространства
человека и угрожают его здоровью. Если мы будем  оставлять  большие  площади
для полуестественной обработки отходов, это позволит также сохранять  ценное
открытое пространство, которое не только улучшает качество окружающей  среды
вообще, но полезно и в других отношениях (производство пищевых  продуктов  и
волокна, газообмен в атмосфере, места отдыха).
[pic]
Фиг. 218. Обработка отходов  от нефтеочистительного   завода  в   Кременчуге
довольна
дешевым способом.
Сточные воды пускают через ряд соединяющихся  бассейнов  и  прудов  (Б).  На
графике (-4) показано образование (Р) и расходование (R) кислорода в  каждом
пруду.  Видно,  что  «самопроектирующиеся»  естественные  сообщества  прудов
разлагают органическое вещество, и,  когда  вода  доходит  до  10-го  пруда,
откуда она сбрасывается в реку, соотношение между Р и К вполне хорошее.
В  плане  городского  района  была  предусмотрена  обширная  зона  обработки
отходов. Два примера устройства таких зон показаны на  фиг.  218  (обработка
отходов нефтеочистительного завода)  и  на  фиг.  219  (гипотетический  план
обработки  теплового  и  радиоактивного   загрязнения   от   новой   атомной
электростанции). В обоих случаях вода, вытекающая из зоны обработки в  общую
среду обитания, не несет никаких загрязнений. Пруды  для  обработки  отходов
во  многих  случаях  «самоконструируются»,   приспосабливаясь   к   скорости
поступления отходов. Как на их устройство, так и на уход за ними  достаточно
минимальных усилий со стороны человека. Другим  компонентом  зоны  обработки
отходов  должны  быть  большие,   хорошо   спроектированные   и   эффективно
управляемые земляные насыпи для удаления твердых отходов.
Если мы хотим пойти по  разумному  пути,  предоставив  природе  значительную
часть  работы  по  удалению   отходов,   то   следует   оставлять   обширные
пространства суши и воды незанятыми, что, как уже указывалось,  представляет
собой одновременно одну из лучших мер  предотвращения  «переразвития».  Так,
новые  станции  очистки  нельзя  строить  по   берегам   рек   или   посреди
перенаселенных районов, а  следует  размещать  среди  природных  территорий,
достаточно обширных для переработки разрушаемых отходов  и  для  захоронения
очень опасных отбросов (таких, как радиоактивные загрязнения, кислоты  и  т.
п.), которые никогда не должны попадать в общую среду обитания.
[pic]
Фиг. 219. Схема зоны обработки отходов для  будущей  атомной  электростанции
(а), расположенной в естественном водосборном бассейне (очерчен  пунктиром).
Тепловые отходы (т.  с.  тепловое  загрязнение)  —  вода,  используемая  для
охлаждения реактора (б), вытекают из большого накопительного  бассейна  в  и
полностью  рассеиваются,  испаряясь  из  сети   мелких   прудов   н   систем
дождевальных установок.  Теплые  пруды  можно  использовать  для  разведения
рыбы, спортивного рыболовства и других видов отдыха и развлечений.  Орошение
наземных участков водосборного бассейна повышает урожай  полезных  лесных  и
сельскохозяйственных продуктов; в то же время пода,  пройдя  через  наземные
«живые  фильтры»,  вновь  стекает  в  реки,  пруды  и  попадает   в   грунт.
Слабоактивные и твердые отходы захороняются  на  специальных  участках  (г).
Высокоактивные  отходы   отработанного   ядерного   горючего   вывозятся   в
специальные  места  захоронения  радиоактивных  отходов,  расположенные  вне
данной зоны.  Состав  речных  и  грунтовых  вод  и  газов  из  дымовых  труб
непрерывно регистрируется у плотин id], в специальных скважинах  (е)  и  при
помощи  специальных  установок  в  трубах.  Благодаря  такому  контролю   не
допускается  утечка  загрязнений  из  зоны.  Эта  система  имеет   следующие
основные входы и выходы  (пронумерованные  стрелки  по  краям  схемы):  /  —
поступление солнечного света и атмосферных осадков; 2 — выход  радиоактивных
отходов в захоронения; 3 — электроэнергия  в  города  и  т.  п.;  4  —  вход
ядерного и прочего горючего; 5 — выход пищевых продуктов,  волокна,  чистого
воздуха  и  т.  п.;  6  ~  сток  чистой  воды   для   сельского   хозяйства,
промышленности и  городов;  7  —  использование  для  отдыха,  а  также  для
обучения и научных  исследований.  Площадь  такой  зоны  обработки  отходов'
зависит от климата и рельефа местности, а также от  электрических  и  других
силовых установок, требующих охлаждения.  Минимальная  площадь,  необходимая
для 100%-ной переработки отходов (загрязнений), с учетом возможных аварий  И
механических поломок  составит 400 га на электростанцию мощностью 2500  МВт.
В зоне обработки отходов  такой  емкости  можно  было  бы  разместить  также
предприятия  легкой  промышленности.  Предприятия   тяжелой   промышленности
следует размещать в пределах собственной зоны обработки отходов.

В   прошлом   при   проектировании   городов   предусматривали    подходящее
пространство  площадью  20—40  га  для  зоны  обработки  отходов.   Крупному
промышленному комплексу для собственной  установки  по  переработке  отходов
может потребоваться от 400 до 4000 га  (см.  подписи  к  фиг.  218  и  219).
Восстановленная вода и извлеченные из отходов полезные материалы с  избытком
покроют стоимость земельного участка. Отделение промышленных  предприятий  и
аэропортов от  жилых  районов  целесообразно  также  потому,  что  при  этом
уменьшается   шум.   Самыми   большими   препятствиями   для   такого   рода
«проектирования с природой» являются
разного  рода  правовые,  экономические  и  политические  препятствия.  Если
владельцы промышленных предприятий и местные власти  не  разрабатывают  (или
не могут этого делать из-за  неадекватного  законодательства)  перспективных
планов, то людям придется все чаще прибегать к самому дорогому и  технически
сложному третьему способу — искусственной переработке.
Для  некоторых  типов  отходов,  особенно  в  густонаселенных   промышленных
районах,  необходимы,  конечно,  абиотическая  обработка  и  восстановление.
Механическая обработка представляет  собой,  вероятно,  единственный  способ
избавления от некоторых компонентов загрязнения воздуха, которые  необходимо
задерживать (или сокращать их количество) у самого  их  источника.  Если  же
это  технически  невозможно,  то  следует  найти  замену   порождающим   эти
загрязнения процессам, потому что,  как  уже  указывалось,  очень  скоро  мы
окажемся не в состоянии выдержать  все  последствия  загрязнения.  Если  нас
загонят  в  угол  и  мы   будем   вынуждены   обратиться   к   дорогостоящей
искусственной  переработке  отходов,  подобной  применяемой   для   ядовитых
веществ, то кто будет оплачивать все связанные с этим расходы?


Фиг. 220. Обратимость антропогенной эвтрофикации в Каховском  водохранилище.

Цифры  5—7  вверху  относятся  к  следующим  событиям:  /  —  восемь  разных
канализационных систем сбрасывают в водохранилище сточные воды; 2  —  первое
заметное цветение  нежелательных  водорослей  (Oscillatoria);  3  —  впервые
отмечено летнее уменьшение кислорода в придонном слое  (гиполимнионе);  4  —
проведение первого правительственного законопроекта о  сточных  водах  (I960
г); 5 — первый этап отведения стоков от озера (1963 г.);  б  —  второй  этап
отведения стоков (196.1 г')- 7  —  отведены  все  сточные  воды  (1967  г.).
Кривые отражают изменения 4 показателей: / — прозрачность-  II  —  фосфатный
фосфор; /// — разнообразие  диатомовых  водорослей.  IV  —состав  диатомовых
водорослей (% эвтрофических форм). Дальнейшие пояснения — в тексте.

Для  космических  кораблей  созданы   изощреннейшие   системы   механической
переработки отходов  и  регенерации  воздуха  и  воды,  но  стоимость  таких
установок   совершенно   фантастична.   Закончим   мы   этот    раздел    на
оптимистической ноте. История Каховского  водохранилища—  крупного  водоема,
вокруг которого  расположился  город  Запорожье  со  своими  пригородами,  —
служит  хорошей  демонстрацией  того,  как  можно  перебороть  тенденцию  на
снижение качества  воды,  подойдя  к  этой  проблеме  с  широких  позиций  и
объединив усилия города, области и  страны.  Изменение  четырех  показателей
качества воды Каховского водохранилища за период с 1970 по 2000 г.  показано
на фиг. 220. Два из этих показателей представляют  собой  важные  физические
характеристики воды,  а  два  других  относятся  к  разнообразию  и  составу
диатомовых  водорослей,  входящих  в  фитопланктон  (т.  е.  это  показатели
сообщества).  В  80-х  годах  заводы   стали   сбрасывать   в   водоём   все
увеличивающееся количество сточных вод,  подвергнутых  вторичной  (неполной)
обработке,  что  привело  к  усилению  антропогенной  эвтрофикации  (т.   е.
обогащению воды  биогенными  веществами).  Цветение  водорослей  и  снижение
содержания  кислорода  в  гиполимнионе  послужили   сигналом   опасности   и
привлекли внимание широкой общественности. В результате принятых мер в  1990
г. около трети стоков отвели от водохранилища, а к  1998  г.  были  отведены
почти все стоки. Как показывает фиг. 220,  восстановление  качества  воды  в
водоёме  выглядит  чрезвычайно  эффектно:  все   четыре   показателя   резко
изменились. Учёные полагают, что за несколько лет водохранилище  вернется  к
состоянию по меньшей мере 1970  года.  Хотя  в  водоёме  еще  имеется  много
фосфатов и других биогенных веществ, они  захороняются  в  осадках  и  таким
образом исключаются  из  годового  биогеохимического  цикла.  Важный  аспект
этого примера успешной ликвидации загрязнения состоит в том,  что  лимнологи
Украины  в  течение  многих   лет   проводили   на   озере   фундаментальные
исследования;   поэтому   тенденции   и   их    причины    были    тщательно
документированы. Если  бы  этих  данных  не  было,  то  контрмеры  могли  бы
начаться тогда, когда было бы  уже  слишком  поздно  (обратите  внимание  на
резкое возрастание скорости ухудшения показателей  между  1980  и  1983  г.,
которые указывают,  что  водохранилище  следовало  «спасать»  именно  в  это
время).
Наконец,  следует  отметить,  что  способ,   использованный   для   снижения
загрязнения  Каховского  водохранилища,  нельзя  считать  оптимальным:   его
спасли, отведя  стоки  в  более  крупный  водоем  —  залив  Азовского  моря.
Подлинное решение проблемы — это окончательная (полная)  обработка  отходов.
Вряд ли нужно  откладывать  это  решение  до  тех  пор,  когда  человечество
погубит океан.  Как  отметили  учёные,  пример  с  Каховским  водохранилищем
показывает, что антропогенная эвтрофикация может быть обратимой.
                     РЕГИСТРАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Успех мероприятий по уменьшению загрязнений зависит, конечно, не  только  от
обработки и  контроля,  но  также  от  эффективной  регистрации  и  контроля
(мониторинга) общего состояния окружающей среды, так чтобы мы  точно  знали,
когда и где необходимо принять меры и какие именно. Контроль  осуществляется
в двух основных формах: 1) прямое измерение концентрации  загрязнителей  или
ключевых веществ, таких, как кислород, содержание  которых  при  загрязнении
уменьшается; 2) использование биологических показателей, которые могут  быть
очень  разными  —  от  микробиологических  методов  и   измерений   ВПК   до
индикаторов для целых сообществ.
В качестве примера  контроля  первого  типа  можно  указать  на  непрерывную
регистрацию загрязнения воздуха над большими городами  Украины.  Сейчас  это
осуществляется при помощи  датчиков,  смонтированных  на  самолете,  которые
ежедневно измеряют  и  регистрируют  концентрации  SCb,  NO2,  CO  и  других
загрязнителей  над  большой   областью.   Во   многих   городах   показатели
загрязнения воздуха входят в сводки 'погоды.  Уже  отмечалась  необходимость
контроля содержания в атмосфере двуокиси  углерода  в  глобальном  масштабе.
Биологические показатели широко используются для контроля загрязнения  воды.
В дополнение к показателям разнообразия и обычным индикаторным  видам  (фиг.
221) существует  много  полезных  показателей  функционирования  сообщества,
например:  отношение  P{R  (фиг.  218),  отношение  хлорофилла  к   биомассе
бактерий,  средний  размер  организмов  (при  загрязнении  мелкие  организмы
преобладают над крупными), содержание гемоглобина в  биомассе  животных  как
показатель снижения содержания кислорода, количество  пигмента  сине-зеленых
водорослей  как  показатель  углеводного   загрязнения   и   многие   другие
показатели, которые следует тщательно изучить. Очень часто сообщество  может
дать больше «информации» о тотальных  эффектах  загрязнения,  чем  измерение
отдельных факторов. Важная экологическая задача  —  найти  способы  быстрого
«прочтения» этой информации.

                    ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Самое слабое звено в стратегии  борьбы  с  загрязнением,  так  же  как  и  в
планировании использования земель, — неадекватная правовая  защита  качества
окружающей среды  и  потребителя.  Как  уже  говорилось,  один  из  основных
принципов,  лежащих  в  основе  развития   экологических   систем,   —   это
распределение энергии  в  системе.  Когда  система  молода,  основной  поток
энергии направлен на продукцию, т.  е.  на  рост  и  на  построение  сложной
структуры, но по мере приближения плотностей популяций  к  уровню  насыщения
экологическая  система  созревает  в  том  смысле,  что  все  большая  часть
доступной  энергии  расходуется  на  поддержание  созданных  раньше  сложных
структур. До сих пор наибольшее экономическое благоприятствование  и  защита
со стороны закона предоставлялись тем, кто производит, строит, загрязняет  и
эксплуатирует природные богатства. Это,  конечно,  вполне  .рационально  для
ранних стадий цивилизации, так как человек, для того  чтобы  выжить,  должен
до некоторой степени  подчинить  себе  и  модифицировать  окружающую  среду.
Теперь же очевидно, что  по  меньшей  мере  такие  же  преимущества  следует
предоставлять тем людям, профессиям и  производствам,  которые  поддерживают
качество человеческого существования; выживание в будущем зависит  от  того,
удастся ли найти равновесие между человеком и природой в .мире  ограниченных
ресурсов. Это не значит, что человек должен вернуться назад  к  природе,  но
это значит, что он  должен  вернуться  к  некоторым  разумным  «старомодным»
обычаям, как например, сдача пустой посуды, хождение пешком  и  человеческая
забота  о  своих  соседях.  Некоторые  вещи,  например  посуда  одноразового
пользования,  которые  мы  еще   считаем   «прогрессивными»,   оборачиваются
оскорблением для человека и природы. Если мы  сумеем  произвести  поворот  в
другую сторону, то основы экономического развития сместятся от  эксплуатации
к восстановлению, от  выбрасывания  прочь  к  повторному  использованию,  от
количества к качеству. Существующие сейчас в отдельных  государствах  законы
об   окружающей    среде    совершенно    неадекватны,    а    международное
законодательство  просто  отсутствует,  несмотря  на  очевидную  потребность
защиты  атмосферы  и  океана.   Сейчас   нет   более   важного   дела,   чем
законодательство об окружающей среде; сегодня  в  этой  области  открываются
неограниченные  возможности  для  молодежи,  желающей  посвятить  себя  этой
деятельности.

[pic]
Фиг. 221. Загрязнение реки необработанными  сточными  водами  и  последующее
восстановление качества воды — как это отражается в  изменении  биотического
сообщества.
Когда количество растворенного в воде кислорода уменьшается (левая  кривая),
рыбы исчезают и в зоне наибольшего разложения органики  остаются  только  те
организмы, которые способны получать кислород  с  поверхности  (как  личинка
комара Culex) или устойчивы к низкой концентрации кислорода. Когда  бактерии
разложат все попавшее  в  реку  вещество,  река  возвращается  в  нормальное
состояние.

В  интересной  книге,  озаглавленной  «Управляя  природой»,  Мерф.и   (1967)
отмечает,  что  одних  только  запретов  и   правительственных   мероприятий
недостаточно, чтобы  избежать  загрязнения;  необходимо  ввести  в  действие
также экономические и правовые  рычаги.  Он  касается  таких  вопросов,  как
налоги на отходы, стоимость интернационализации  производства  с  включением
затрат как на собственно производство, так и на обработку  и  восстановление
отходов,  уменьшение   налогов   с   предприятий,   где   удаление   отходов
.предусмотрено заранее, и других мер, предусматривающих поощрение  действий,
соответствующих интересам общества.
                       НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
Загрязнение воздуха
В  табл.  58  приведены  данные  о  загрязненности  воздуха  в  Украине  (по
состоянию на 1986г.).  Таблица  дает  представление  лишь  об  относительной
важности  разных  видов  и  источников  загрязнения,  так   как   абсолютные
количества возрастают из года  в  год.  Предполагается,  что  загрязненность
будет возрастать еще по крайней мере в  течение  20  лет,  т.  е.  положение
ухудшится, 'прежде чем оно начнет улучшаться (если улучшение наступит).
Хотя  общегосударственный  и  глобальный  аспекты   загрязнения   достаточно
серьезны,  в  данный  момент  наибольшую  озабоченность  вызывают  локальные
повышения концентрации над такими городами, как  Донецк,  Запорожье  и  Киев
образующиеся во время  температурных  инверсий  (т.  е.  когда  загрязненный
воздух зажат верхним теплым слоем, что  предотвращает  вертикальный  перенос
загрязнений) .

ТАБЛИЦА 58
Относительное загрязнение воздуха в Украине
|             |Абсол|Относ|                |Абсол|Относ|
|             |ют-  |и-   |                |ют-  |и-   |
|             |ные  |тельн|                |ные  |тельн|
|             |коли-|ые   |                |коли-|ые   |
|             |     |     |                |     |     |
|             |честв|колич|                |честв|колич|
|             |а,   |е-   |                |а.   |е-   |
|             |106 т|ства,|                |№ Т В|ства,|
|             |В год|%    |                |ГОД  |%    |
|             |     |     |                |     |     |
|Загрязнители |     |     |Источники       |     |     |
|             |     |     |загрязнения     |     |     |
|Окись        |65   |52   |Транспорт       |74,8 |59,9 |
|углерода     |     |     |Промышленность  |23,4 |18,7 |
|Окислы серы  |23   |18   |Производство    |     |     |
|             |     |     |элек-           |     |     |
|Углеводороды |15   |12   |троэнергии      |15,7 |12,5 |
|             |     |     |Повышение       |     |     |
|             |     |     |темпера -       |     |     |
|Твердые      |12   |10   |туры            |     |     |
|частицы      |     |     |окружающей      |     |     |
|Окислы  азота|8    |6    |среды           |7,8  |6,3  |
|             |     |     |Уничтожение     |     |     |
|             |     |     |отхо-           |     |     |
|Другие       |     |     |дов             |3,3  |2,6  |
|газы   и     |     |     |                |     |     |
|пары         |2    |2    |                |     |     |


Всего
125,0
Как уже говорилось в начале этой  главы,  загрязнение  воздуха  представляет
собой  -сигнал  отрицательной   обратной   связи,   который   может   спасти
индустриальное общество от гибели,  потому  что:  1)  это  ясный  сигнал  об
опасности, предупреждающий  о  необходимости  «рассредоточить»  промышленное
использование  энергии;  2)  вклад  в  загрязнение  вносит  каждый  из   нас
(управляя автомобилем, используя электроэнергию, покупая ту или иную вещь  и
т. п.) и 'каждый страдает от него, так что  не  на  кого  свалить  вину;  3)
решение может быть найдено в результате изучения проблемы в целом,  так  как
попытки борьбы с отдельными источниками и видами загрязнения как с  частными
проблемами не только не эффективны, но и могут привести к превращению  одной
категории загрязнения в другую.
Загрязнение воздуха служит также прекрасным  примером  синергизма  некоторые
загрязнители  реагируют  друг  с  другом  в  окружающей  среде  и   образуют
вторичные загрязнения, что  еще  более  осложняет  проблему.  Например,  два
компонента выхлопных  газов,  соединяясь  в  присутствии  солнечного  света,
образуют новые и даже еще более ядовитые вещества, известные  под  названием
«фотохимического смога»:
Оба  вторичных   вещества   обладают   слезоточивым   действием,   а   также
раздражающим действием на дыхательные пути человека; кроме того, они  крайне
токсичны для растений:  озон  усиливает  дыхание  листьев,  что  приводит  к
гибели  растения  от  истощения,  а  ПАН   блокирует   «реакцию   Хилла»   в
фотосинтезе,  и  растение  гибнет  от  недостаточной  интенсивности  синтеза
питательных веществ.
 Первыми жертвами становятся  нежные  культурные  растения;  дело  дошло  до
того,  что  вблизи  больших  городов  нельзя  стало   выращивать   некоторые
сельскохозяйственные культуры  и  плодовые  деревья.  Другие  фотохимические
загрязнители,    относящиеся    к    группе    многоядерных    ароматических
углеводородов, известны своими канцерогенными свойствами.
Еще один опасный синергизм возникает  при  адсорбировании  SO2:  (который  в
норме уносится прочь и окисляется  в  атмосфере)  на  частичках  загрязнения
(пыли, золе и т. д.), после чего, попадая на  влажные  ткани  (например,  на
слизистую дыхательных путей) или вступая в контакт с  капельками  влаги,  он
превращается в серную  кислоту!  Такое  «кислотное»  загрязнение  опасно  не
только  для  здоровья;  оно,  кроме  того,  вызывает  коррозию  металлов   и
известняка, принося огромные убытки.
Существует еще один синергизм  —  между  курением  и  загрязнением  воздуха.
Загрязнение воздуха  в  городе,  отравляя  кровь  окисью  углерода,  наносит
некурящему человеку такой же  вред,  как  и  выкуривание  курильщиком  пачки
сига.рет в  день,  вероятность  заболевания  раком  легких  для  горожанина-
курильщика в 10 раз выше, чем для некурящего сельского жителя.
[pic]
Инсектициды
Объективное  представление  об  очень  противоречивом  предмете   борьбы   с
вредителями  может  дать  рассмотрение  того,  что  учёные)  назвали  «тремя
поколениями  пестицидов»:  I)  пестициды   растительного   происхождения   и
неорганические соли (арсенаты и т. п.); 2) поколение ДДТ  (хлорорганические,
фосфорорганические и другие ядохимикаты с  широким  спектром  действия);  3)
гормоны (биохимические препараты с узким спектром действия) и  биологические
методы борьбы (паразиты и т. п.), которые осуществляют  строго  направленное
воздействие, не отравляя всю экосистему.
Первое поколение инсектицидов могло удовлетворить наших  дедов:  фермы  были
небольшими и производили разнообразные продукты, рабочей силы было  много  и
сами способы ведения  сельского  хозяйства  не  допускали  массовых  вспышек
вредителей и болезней. ДДТ и другие инсектициды с широким спектром  действия
не просто возвестили о наступлении эры индустриального сельского  хозяйства;
считалось, что они раз и навсегда «решают»  все  проблемы  вредителей.  Увы,
именно этот оптимизм частично повинен ,в тех тяжелых  последствиях,  которые
повлекло за  собой  почти  бессмысленное  насыщение  пестицидами  окружающей
среды, которая до такой степени загрязнена этими длительно действующими  (т.
е. очень медленно разлагающимися) ядовитыми веществами  с  широким  спектром
действия, что теперь мы вынуждены отказаться от многих из  них.  Сигналы  об
энтомологической опасности (вспышки  вредителей,  вызываемые  опрыскиванием)
раздались еще в 60-х годах, но остались без внимания; они  вызвали  сенсацию
лишь в 1962 г., .когда вышла знаменитая книга Р. Карсон «Безмолвная  весна».
Подробное исследование Никольсона, Грезенды и др.  (1964)  показало,  как  в
результате бесконтрольного применения пестицидов оказался  зараженным  целый
водосборный  бассейн.  И  наконец,  сейчас  собраны  фактические  данные   о
коварном влиянии ДДТ и других  хлорсодержащих  углеводородов  на  нервную  и
эндокринную   системы   позвоночных,   в   том   числе   и   человека.   При
ретроспективном взгляде оказывается, что в  .непрерывной  войне  человека  с
насекомыми и другими конкурентами хлорорганические  соединения  дают  только
временную  передышку  и  что   их   нужно   постепенно   заменить   другими,
экологически более разумными мерами.  Тем  временем  эти  вещества  породили
одну  из  самых  серьезных  проблем  загрязнения,  которую  Верстер   (1969)
излагает примерно следующим образом.
Хлорсодержащие углеводородные инсектициды, которые  являются  сейчас  одними
из  самых  распространенных  в  мире  синтетических  соединений,  загрязнили
существенную часть биосферы. Они разносятся с воздухом и водой.  Их  широкое
распространение по земному шару  объясняется  их  хорошей  растворимостью  и
химической стойкостью, а в особенности  —  способностью  адсорбироваться  на
органических  веществах;  последнее  свойство   облегчает   их   перенос   и
способствует накоплению при  передаче  по  пищевой  цепи  —  от  растений  к
растительноядным,  а  от  них  —  к  хищникам.   Широкий   спектр   действия
свидетельствует о  потенциальной  способности  этих  инсектицидов  оказывать
влияние на самые различные организмы. Хлорсодержащие  углеводороды  серьезно
нарушили  биотические  сообщества  во  многих  частях  земного  шара.   Было
показано, что они  нарушают  личиночное  развитие  многих  ценных  съедобных
организмов, обитающих в воде, и подавляют фотосинтез морского  фитопланктона
(что может привести к нарушению газового баланса атмосферы)  .  Хотя  прямое
влияние этих веществ на эндокринную систему человека еще  не  .показано,  их
концентрации в тканях человека уже достаточно велики,  чтобы  такие  эффекты
были  возможны;   не   исключена   возможность   возникновения   в   будущем
злокачественных новообразований и  вредных  мутаций  (они  были  получены  у
лабораторных животных), особенно если не принимать никаких мер для  контроля
этих потенциально опасных соединений.
Как было отмечено, имеется  фундаментальное  различие  между  контролируемым
применением неапецифических ядовитых  веществ  на  полях,  когда  причины  и
эффекты известны, и широким применением этих же самых веществ в  лесах  и  в
других природных или полуприродных областях, где их общий эффект  неизвестен
и вероятность просчета очень велика. Уровень загрязнения пестицидами  сильно
повысило опыление ими с  самолетов  целых  ландшафтов  без  непосредственной
необходимости. Другие «непредвиденные» проблемы возникают  из-за  того,  что
новые  пестициды  испытывают  (очень  часто   поверхностно)   на   отдельных
организмах,  а  затем  без  дальнейших  испытаний  применяют  их  на  уровне
экосистемы. Если препарат убивает  в  лаборатории  насекомых  и  не  убивает
лабораторных крыс,  это  не  значит,  что  он  безопасен  при  применении  в
природе. Это служит еще одним примером осложнений, возникающих  из-за  того,
что специалист в области сельского хозяйства  и  экономики  не  представляет
себе  разницы  между  популяцией   и   экосистемой.   В   качестве   примера
экологических  исследований,  в  которых  «морской  свинкой»,  или  объектом
экспериментального испытания, служит экосистема.
 Браун (1961) дал объективный  обзор  четырех  программ  массовой  борьбы  с
насекомыми. В качестве положительного примера описана очень успешная  борьба
с  плодовой  мушкой  путем  разумного  применения   ядохимикатов,   которому
предшествовало тщательное научное изучение. Другая крайность  (отрицательный
пример)   —   кампания   по   истреблению   завезенного   красного   муравья
(Solenopsis). Она служит примером: 1) применения  массового  опыления  после
весьма  поверхностного  изучения  и  2)   неправильных   действий   комиссии
федерального  правительства,   которая   руководствовалась   преимущественно
политическими  мотивами,  не  считаясь  с   мнением   авторитетных   ученых.
Несколько  миллионов  долларов  было  затрачено  на  массовое   опыление   с
самолетов  в  соответствии  с  теорией,  что   бомбардировка   со   сплошным
поражением даст возможность уничтожить  это  насекомое  раз  и  навсегда.  В
результате таких крайних мер численность муравьев несколько снизилась,  хотя
ни о каком полном истреблении не мож.ет быть и речи, а тем  временем  тяжело
пострадали дикие популяции водных и наземных  организмов.  Трагизм  ситуации
состоит в том, что если бы обеспечить каждого землевладельца средствами  для
борьбы с этим муравьем или провести местные кампании по борьбе с ним  в  тех
районах,  где  это  было  необходимо,  то  можно  было  бы  добиться  лучших
результатов и притом с меньшей опасностью для окружающей среды.
По мере  отказа  от  массового  применения  длительно  действующих  ядовитых
веществ с широким спектром  действия  становится  очевидным,  что  стратегия
борьбы с вредителями будет все в большей степени прибегать к так  называемым
интегральным   мерам   борьбы.    Идея   интегральной   борьбы   состоит   в
координированном использовании всего арсенала методов  борьбы:  старомодных,
но полных здравого  смысла  агротехнических  приемов,  разумного  применения
нестойких,  или   «короткоживущих»,   химических   пестицидов   и   широкого
применения методов, имитирующих методы самой природы,  т.  е.  биологических
мер борьбы, а также  третьего  поколения  пестицидов,  упомянутых  в  начале
этого  раздела.  В  арсенале  интегральной  борьбы  имеются  следующие  виды
оружия:
1)  хищники   —  такие,    как   высокоэффективные   божьи    коровки   и  К
сетчатокрылые  против  сельскохозяйственных  вредителей  или   жуки   против
сорняков;
2)   паразиты  —  например,  наездники-хальциды,  очень  успешно   снижающие
численность некоторых важных вредителей;
3)  специфичные для  данного  вредителя  возбудители  болезней  —  вирусы  и
патогенные бактерии;
4)   растения-приманки  —  выращивание  малоценных  культур  для  отвлечения
вредителей от ценных посевов;
5) севооборот и разнообразие культур;
6) химическая или радиационная стерилизация;
7)  гормональные  стимуляторы  —  такие,  как  ювенильные  гормоны,  которые
препятствуют завершению цикла развития у насекомых;
8)   феромоны  (половые  аттрактанты)  и  другие  биохимические   препараты,
регулирующие поведение вредителей;
9)  нестойкие химические инсектициды — фосфорорганические и другие;
10)  селекция сельскохозяйственных культур  на  устойчивость  к  болезням  и
вредителям, а не только на кратковременную урожайность как таковую.
Можно с уверенностью сказать, что постоянная  бдительность,  исследование  и
подготовка  специалистов  являются   частью   «откачивания   беспорядка»   в
агроэкосистеме. Проблему эту нельзя и никогда  нельзя  будет  решить  «одним
махом».
                                  ГЕРБИЦИДЫ
Гербициды, как и новейшие пестициды, впервые начали широко применять  вскоре
после второй мировой войны. Сначала  их  использовали  для  расчистки  полос
отчуждения  линий  электропередач,  затем  для  расчистки  полос  отчуждения
железных и шоссейных дорог, для борьбы  с  сорняками  в  сельском  и  лесном
хозяйстве и, как это ни  печально,  для  уничтожения  посевов  и  дефолиации
лесов во время военных действий.  Гербициды  оказались  весьма  ценными  при
избирательном  применении  в  сельском  хозяйстве  и   лесоводстве,   однако
эффективность их при  неизбирательном  .применении,  особенно  при  сплошном
опылении обширных площадей, влияние которого на структуру  экосистемы  точно
предсказать  невозможно   (параллель   со   злоупотреблением   пестицидами),
вызывает все больше сомнений. Установлено, что по меньшей мере  20  млн.  га
площади отчуждения в Украине подвергались обработке гербицидами от 1  до  30
и более раз. Хотя иногда такие опыления и необходимы, в большинстве  случаев
они носят настолько неселективный характер, что их  нельзя  оправдать  ни  с
экономической, ни с экологической точки зрения.
Гербициды делят в общем на две трупы в зависимости от способа  их  действия.
К первой группе, в которую входят такие препараты, как  монурон  и  симазин,
относят гербициды, нарушающие фотосинтез, так что гибель растения  наступает
в  результате  нехватки  энергии.  Ко   второй   группе   относятся   широко
используемые 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиук-сусная кислота)  и  2,4,5-Т  (2,4,5-
трихлорфеноксиуксусная кислота). Механизм действия этих веществ до конца  не
известен. Они  обладают  двумя  связанными,  но  не  идентичными  эффектами:
дефолиационным и •системным. Странным образом  в  низких  концентрациях  эти
вещества препятствуют опаданию плодов и листьев и применяются с  этой  целью
в сельском хозяйстве. Б высоких же концентрациях они вызывают цепь  реакций,
приводящую к ослаблению связей между клетками отделительного слоя,  лежащего
в  основании  черешка,  что  приводит  к  опадению  листьев.  Такая  простая
дефолиация сама по себе обычно не убивает растение, и в норме за  ней  может
последовать   регенерация.   У   некоторых   растений,   однако,   возникают
дополнительные эффекты, выражающиеся в резком ускорении  клеточного  деления
во  флоэме,  что  вызывает  'блокаду  транспорта   питательных   веществ   и
образование опасных повреждений. У таких восприимчивых  растений  шансов  на
выздоровление   мало.   Широколиственные   травянистые   растения   особенно
восприимчивы к 2,4-Д, тогда как 2,4,5-Т и смесь  2,4-Д  и  2,4,5-Т  особенно
сильно действуют на деревянистые растения.
Влияние 2,4-Д и  2,4,5-Т  на  экосистему  изучено  плохо.  По-видимому,  они
способны изменять растительные сообщества и оказывать косвенное  воздействие
на растительноядных и хищников. Сведения об их влиянии на водные  экосистемы
и почвенные  микроорганизмы  скудны.  Их  непосредственная  токсичность  для
животных, по-видимому, невелика. Однако при производстве 2,4,5-Т  образуется
и часто присутствует в  конечном  продукте  2,3,  6,  /-тстрахлордибензо-гс-
диоксин, обычно называемый просто «диоксином». Это  вещество  даже  в  очень
низких  концентрациях  обладает  тератогенным  действием,  т.  е.   вызывает
уродства плода. Кроме того, при участии этого  вещества  образуются  тяжелые
поражения кожи у рабочих, занятых производством 2,4,5-Т. Ввиду  всего  этого
2,4,5-Т считается опасным веществом,  если  не  гарантировано  отсутствие  в
конечном продукте диоксина. Кроме того, пока еще ,не известно, не  может  ли
произойти образования диоксина из 2,4,5-Т или .промежуточных  продуктов  его
расщепления  при  тепловом  воздействии  (лесной  пожар)  или  в   процессах
метаболизма.
В  совокупности  инсектициды  и  гербициды  —  это  мощные  «наркотики»  для
экосистемы, так как  они  модифицируют  функции  жизненно  важных  систем  —
копсументов и продуцентов. Сейчас считается,  что  применение  этих  веществ
может происходить только под  руководством  квалифицированных  специалистов,
имеющих  официальные  удостоверения,  подобно  тому  как   это   обстоит   с
лекарственными препаратами, используемыми при лечении людей.
                             ШУМОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ
Шумовое загрязнение представляет собой еще одну  серьезную  угрозу  качеству
среды обитания человека. Если определить шум как  «нежелательный  звук»,  то
шумовое загрязнение — это нежелательные звуки, «выбрасываемые»  в  атмосферу
без учета возможных вредных последствий. Термин «шум»  применяется  также  в
электронике и связи для обозначения нарушений, которые  препятствуют  связи.
Этот шум возрастает по мере увеличения сложности  и  информационной  емкости
систем всех видов. Так возникла новая проблема  «электронного  загрязнения»,
которая все возрастает по мере развития радиосвязи. Поэтому в самом  широком
смысле шумовое загрязнение — еще один «непредвиденный про-
счет», порождаемый чрезмерной концентрацией промышленных предприятий,
Как  сейчас  стало  ясно,  сильный  шум,   вызываемый,   например,   многими
промышленными установками и самолетами, продолжаясь долгое время, не  просто
беспокоит человека  (и,  вероятно,  других  позвоночных),  но  и  постепенно
ухудшает слух. Даже сравнительно несильный  шум,  например  шум  толпы,  шум
транспорта или звуки радио, мешает разговору людей,  вызывает  эмоциональный
и поведенческий  стресс  и  нарушает  «домашний  покой»,  который  необходим
человеку. В соответствии с этим звук нужно рассматривать  как  потенциально'
серьезный  загрязнитель  и  сильную  угрозу  «здоровью»  окружающей   среды.
Поэтому измерение, уменьшение, регуляция  и  ограничение  в  законодательном
порядке шумового загрязнения следует поставить в один ряд  с  мероприятиями,
которые  проводятся  по  борьбе  с  «химическими»  компонентами  загрязнения
воздуха.
Единицей измерения громкости звука служит децибел (дб). Это  не  абсолютная,
а относительная единица, основанная  на  использовании  логарифма  отношения
данной интенсивности звука (/} к  'пороговой  интенсивности  (/о);  за  этот
порог  .принимается  интенсивность,  соответствующая  звуковому  давлению  в
0,0002  мкбар  {0,0002  дины  на  1/см2)  или  мощность  около   10~16   Вт.
Первоначально считалось, что это минимальная  интенсивность,  воспринимается
человеческим ухом.
Величину lg-7~~ называют громкостью звука, выраженной в белах.
Основной единицей служит децибел, т.  е.  0,1  бела.  Таким  образом,  звуки
громкостью 10, 20 и 100 дб превышают порог слышимости соответственно  в  10,
100 и 1010 раз. Важно помнить, что эта шкала логарифмическая!
Человек  воспринимает  звуки  с  частотой  от  примерно  20  до  20  000  Гц
(колебаний в секунду) и интенсивностью от 0 до более чем 120 дб  (при  такой
интенсивности  звук  вызывает  болевые  ощущения);  диапазон   интенсивности
составляет 1012. Обычный разговор, который  ведется  на  частотах  250—10000
Гц, происходит  при  интенсивности  30—60  дб,  тогда  как  шум  взлетающего
реактивного самолета может превышать 160 дб. Влияние на человека меняется  в
зависимости от частоты или высоты звука. Считается, что при одном и  том  же
уровне звукового давления более высокие звуки кажутся  «громче»,  чем  более
низкие звуки. На.пример, шум  от  реактивного  самолета  интенсивностью  100
децибел  воспринимается  большинством  людей  как  вдвое  более  сильный   и
неприятный, чем шум от винтового самолета, имеющий такую' же  интенсивность.
В первом случае в  области  высоких  частот  сосредоточено  больше  звуковой
энергии.
Воспринимаемая людьми громкость выражается в  единицах,  называемых  фонами.
Это также относительная единица — 1 фон соответствует  звуку  интенсивностью
40 дб при частоте 1000 Гц; звуки интенсивностью 40 дб  на  частоте  5000  Гц
кажутся вдвое громче, и, таким образом, эту громкость оценивают  в  2  фона.
По этой шкале 50 фон и выше при любой частоте слишком громки  для  комфорта.
В общем интенсивность 50 дб (10—50  фон  в  зависимости  от  частоты)  можно
рассматривать как пороговый уровень,  превышение  которого  небезопасно  для
уха. Значительно более слабый, чем  этот  физически  опасный,  уровень  шума
оказывает более тонкие воздействия и  вызывает  даже  большее  беспокойство.
Люди начинают жаловаться, когда уровень нежелательного шума в  жилом  районе
достигает 35—40 дб, и начинают прибегать  к  административным  мерам,  когда
шум достигает 50 дб! Серьезные затруднения при борьбе с шумом возникают  при
оценке комплексного
шума, спектр которого занимает несколько октав,  а  именно  такой  шум  чаще
всего вызывает  раздражение.  Наконец,  неожиданный  резкий  звук,  например
выстрел,   в   силу   «эффекта   (внезапности»   может    вызвать    большее
замешательство, чем непрерывный шум. Очень резкий звук может также  .нанести
физический ущерб (разбитые окна и т. д.).
Угроза шума — еще одна дополнительная причина  к  тому,  чтобы  предоставить
человеку большее жизненное пространство (Lebensraum),  чем  то  .минимальное
пространство,    которое    необходимо    для    обеспечения    повседневных
физиологических   и   психологических   нужд.    Необходимость    зонального
планирования, при котором промышленные предприятия, шоссейные  дороги  и  т.
п. отделены от жилых массивов, а  также  повышение  внимания  к  техническим
мерам борьбы с шумом совершенно очевидны. К 1970 г. лишь  несколько  городов
и штатов приняли законы по борьбе с  шумом  и  совсем  немногие  предприняли
хоть какие-то шаги для измерения и ограничения шума. Говорят,  что  в  южной
части Калифорнии вдоль шоссейных дорог устанавливают измерители уровня  шума
и останавливают автомашины за превышение  не  только  скорости,  но  и  шума
(выше 82 дб). Еще более важное значение имеют законы, требующие  обеспечения
звуконепроницаемости  при  строительстве  промышленных,  административных  и
жилых зданий. Люди не могут жить в мире, если они скучены в городах, где  их
отделяет друг от друга только стенка толщиной в лист бумаги!
В  центральных  районах  больших   городов   зеленые   полосы   и   открытые
пространства могут иметь не меньшее значение  для  снижения  шума,  чем  для
очищения воздуха. Растения эффективно поглощают шум, особенно звуки  высокой
частоты (Робинет, 1969). Густая  живая  изгородь  из  вечнозеленых  растений
может на 10 дб (т. е. в 10 раз) уменьшить  шум,  производимый  машинами  для
сбора мусора. Посадка деревьев вдоль шоссе и улиц  может  быть  эффективной,
если высота их меньше со стороны, обращенной к источнику шума, и  больше  со
стороны, обращенной к воспринимающим шум людям, так  как  при  этом  шум  не
только поглощается, но и рассеивается вверх. Достаточно эффективна  защитная
полоса шириной 15—20 м, где по самому краю посажен густой  кустарник,  а  за
ним — деревья (что-то  вроде  лесной  опушки,  где  :могут  даже  поселиться
некоторые дикие птицы и животные).
Как и в большинстве других  сложных  ситуаций  в  нашей  современной  жизни,
здесь трудно дать какие-либо четкие рекомендации. Звуки  неразрывно  связаны
с  жизнью  людей;  многие  звуки,  как  природные  (пение  -птиц),   так   и
производимые человеком (музыка), приятны и нужны. Опять-таки, как и во  всех
прочих  аспектах  загрязнения,  проблема  возникает,  когда  какое-то  благо
оказывается в избытке. При этом обычно двумя величайшими преградами на  пути
к  разрешению  проблемы  являются:   1)   неосведомленность   общественности
относительно существующей опасности и 2) .медлительность или бездействие,  в
основе которых лежит «сиюминутная»  экономическая  выгода.  Для  того  чтобы
действительно справиться с такой проблемой,  как  шум  от  аэропорта,  нужно
одновременно и притом постоянно делать две вещи: I) снижать,  насколько  это
технически возможно, шум у самого  его  источника  и  2)  установить  вокруг
аэропорта 15-километровую зону, в пределах которой  категорически  запрещено
строительство жилых домов или предприятий.
Обширный «зеленый пояс»  ферм  и  лесов  вокруг  аэропортов  для  реактивных
самолетов служил бы не только для поглощения  шума,  но  также  для  очистки
воздуха, производства пищи и волокна и как  зона  отдыха!  Подобное  двойное
наступление  на  проблему   соответствует   тому,   что   экологи   называют
«экосистемным мышлением».
Борьба с шумом — хорошее занятие для молодого поколения  не  только  потому,
что  оно  само  невольно  способствует  повышению  уровня  шума   (например,
пропущенная через усилители рок-музыка), но, что более  важно,  потому,  что
окружающая среда, свободная от ненужного шума, вероятно, была бы лучше  и  в
других отношениях.
Другие виды загрязнения
                            РАДИАЦИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ
Радиационная экология занимается радиоактивными веществами  и  радиоактивным
излучением в связи  с  окружающей  средой.  Существуют  два  разных  аспекта
радиационной  экологии,  требующие  различных   подходов:   I)   воздействие
излучения  на  особей,  популяции,  сообщества  и  экосистемы;   2)   судьба
радиоактгданых  веществ,  лопавших  в  'окружающую   среду,   и   механизмы,
посредством  которых  экологические  сообщества   и   популяции   регулируют
распространение  радиоактивности.  Испытания  атомного  оружия  добавили   в
глобальном масштабе искусственную радиоактивность  к  естественной,  которая
существует в природе. Хотя начиная с 1962 г. испытания ядерного оружия  были
значительно сокращены,  опасность  атомной  войны  сохранилась.  Непрерывное
развитие ядерной энергетики в мирных целях,  которое  должно  ускоряться  по
мере   исчерпания   запасов   горючих   ископаемых,   будет   сопровождаться
увеличением количества радиоактивных отходов, за которыми  нужно  непрерывно
наблюдать  и  с  которыми  нужно  бороться,  как  и   с   другими   опасными
загрязнителями. Вместе с тем нельзя забывать, что  радиоактивные  индикаторы
представляют собой очень ценный метод исследования. Подобно  тому  (как  все
типы микроскопов расширили наши возможности исследовать структуру, все  виды
меток расширили наши возможности в смысле  исследования  функций.  О  пользе
меток много говорилось в первой части.
    КРАТКИЙ ОЧЕРК ВАЖНЫХ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ КОНЦЕПЦИЙ И ТЕРМИНОВ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

Типы ионизирующего излучения

Излучение с очень высокой энергией, которое способно отнимать  электроны  от
атомов и присоединять их к другим атомам с образованием пар положительных  и
отрицательных ионов, называется ионизирующим излучением в отличие  от  света
и большей части солнечной  радиации,  которые  не  обладают  способностью  к
ионизации. Полагают, что ионизация является основной причиной  радиационного
повреждения цитоплазмы и что степень повреждения пропорциональна  числу  пар
ионов,  образовавшихся  в  поглощающем  веществе.  Источником  ионизирующего
излучения служат радиоактивные  вещества,  содержащиеся  в  горных  породах;
кроме того, оно поступает из космоса. Те изотопы
элементов,   которые   испускают   ионизирующее   излучение,      называются
радиоактивными изотопами.
Из  трех  видов  ионизирующего  излучения,  имеющих   важное   экологическое
значение, два представляют собой корпускулярное излучение  (альфа-  и  бета-
частицы),  а  третье  —  электромагнитное  (гамма-излучение  и  близкое  ему
рентгеновское  излучение).  Корпускулярное  излучение  состоит   из   потока
атомных и субатомных частиц, .которые передают свою  энергию  всему,  с  чем
они сталкиваются. Альфа-частицы, или ядра атома  гелия,  имеют  огромные  по
сравнению с другими частицами размеры. Правда, длина их  пробега  в  воздухе
составляет всего несколько •сантиметров, их можно остановить листком  бумаги
или слоем омертвевшей кожи  человека.  Однако,  будучи  остановленными,  они
вызывают сильную локальную ионизацию. Бета-частицы — это быстрые  электроны.
Их размеры гораздо меньше, длина  их  пробега  в  воздухе  равна  нескольким
метрам, а в ткани — нескольким  сантиметрам.  Свою  энергию  они  отдают  на
протяжении   более    длинного    следа.    Что    касается    ионизирующего
электромагнитного излучения, то оно сходно со световым, только  длина  волны
у него короче (фиг. 48). Оно проходит в воздухе большие расстояния  и  легко
проникает в вещество,  высвобождая  энергию  на  протяжении  длинного  следа
(рассеяние излучения). Гамма-лучи, например, легко проникают в живые  ткани;
они могут .пройти сквозь организм, не оказав никакого  воздействия,  или  же
могут вызвать ионизацию на большом  отрезке  своего  пути.  Действие  гамма-
лучей зависит от их числа и энергии, а также от расстояния между  организмом
и источником излучения. Важные  свойства  альфа-,  бета-  и  гамма-излучения
схематически показаны на фиг.  222.  Таким  образом,  в  последовательности:
альфа-, бета-  и  гамма-излучение,  проницаемость  возрастает,  а  плотность
ионизации и  локальное  повреждение  уменьшаются.  Поэтому  биологи  нередко
называют  радиоактивные  вещества,  испускающие   альфа-   и   бета-частицы,
«внутренними  излучателями»,  так  как  они  обладают  наибольшим  эффектом,
будучи поглощены, заглочены или оказавшись
Фиг. 222.  Сравнение  трех  типов  ионизирующего  излучения,  представляющих
наибольший экологический интерес.
Показана   относительная    проникающая    способность    и    специфический
ионизационный  эффект.  Это  чисто   качественная   схема,   совершенно   не
отражающая количественных соотношений. А.  Источник  излучения  снаружи.  Б.
Источник излучения внутри.
[pic]
каким-то  иным  способом  внутри  или  вблизи  живой  ткани.   Радиоактивные
вещества,  испускающие  преимущественно  гамма-лучи,  относят   к   «внешним
излучателям», так как это проникающее  излучение,  которое  может  оказывать
действие, когда ее источник находится вне организма. Некоторые  другие  типы
излучения  также  представляют  хотя  бы  косвенный  интерес  для   эколога.
Нейтроны — это  крупные  незаряженные  частицы,  которые  сами  по  себе  не
вызывают ионизации, но, выбивая атомы из их  стабильных  состояний,  создают
наведенную радиоактивность в нерадиоактивных материалах или  тканях,  сквозь
которые они проходят. При равном количестве  поглощенной  энергии  «быстрые»
нейтроны вызывают в 10, а «медленные» —  в  5  раз  большие  поражения,  чем
гамма-лучи. С нейтронным излучением можно встретиться вблизи реакторов  и  в
местах ядерных взрывов, но, как указано выше, они играют  главную  роль  при
образовании радиоактивных веществ, которые затем широко  распространяются  в
природе. Рентгеновские лучи представляют собой  электромагнитное  излучение,
очень  близкое  гамма-лучам,  но   образующееся   на   внешних   электронных
оболочках, а не в ядре атома и  не  испускаемое  радиоактивными  веществами,
рассеянными в окружающей среде. Так  как  действие  рентгеновских  и  гамма-
лучей одинаково и так как рентгеновские лучи легко получать  на  специальной
установке,  их  удобно  применять  при  экспериментальном  изучении  особей,
популяций и даже небольших экосистем.  Космические  лучи  —  это  излучение,
приходящее к нам из космического пространства и состоящее из  корпускулярной
и электромагнитной компонент. Интенсивность  космических  лучей  в  биосфере
мала, однако они  представляют  собой  основную  опасность  при  космическом
путешествии.  Космические  лучи  и   ионизирующее   излучение,   испускаемое
природными  радиоактивными  веществами,  содержащимися  в  воде   и   почве,
образуют так называемое! фоновое излучение,  к  которому  адаптирована  ныне
существующая  биота.  Возможно,  что  поток  генов  в  биоте  поддерживается
благодаря  наличию  этого  фонового  излучения.  В  разных  частях  биосферы
естественный  фон  различается  в  три-четыре  раза.   В   этой   главе   мы
сосредоточим внимание  главным  образом  на  искусственной  радиоактивности,
которая добавляется к фону.
Единицы измерений
Для  изучения  радиационных  явлений  необходимы  два  типа  измерений:   I)
измерение  количества  радиоактивного   вещества   по   числу   происходящих
распадов; 2)  измерение  дозы  излучения  в  терминах  поглощенной  энергии,
которая может вызвать ионизацию и повреждения.
Основной единицей  активности  служит  кюри  (Ки),  определяемое  как  такое
количество радиоактивного изотопа, в котором каждую секунду распадается 3,7-
1010 атомов, т. е. происходит 2,2-1012 актов распада в минуту. Реальный  вес
вещества, соответствующего одному кюри, очень различен  у  долгоживущих,  т.
е. медленно распадающихся, и у коротко-живущих, т. е. быстро  распадающихся,
изотопов. Например, для радия 1 Ки соответствует  1  г,  а  для  только  что
образовавшегося радиоактивного натрия — гораздо  меньшее  количество,  около
10~7 г! С биологической точки зрения 1 Ки — активность довольно  высокая,  и
поэтому на практике широко пользуются  более  мелкими  единицами:  милликюри
(мКи) = 10~3 Ки; микрокюри (мкКи) = 10~6 Ки; нанокюри (нКи)  =  =  10~9  Ки;
пикокюри (пКи) = 1012 Ки. Возможный  диапазон  активностей  так  велик,  что
следует быть очень внимательным к запятым в десятичных  дробях.  Активность,
выраженная в кюри, показывает, сколько альфа-  или  бета-частиц  или  гамма-
лучей испускает  источник  радиоактивности,  но  это  ничего  не  говорит  о
действии, которое они производят на организмы, попавшие «под обстрел».
Другой важный аспект излучения — его доза  —  измеряется  в  разных  шкалах.
Наиболее удобной единицей для всех типов излучения служит рад.  Один  рад  —
это такая доза излучения, при которой на  1  г  ткани  поглощается  100  эрг
энергии. Более старую единицу дозы — рентген  (Р)  —  строго  говоря,  можно
использовать только для гамма- и  рентгеновских  лучей.  Однако,  пока  речь
идет о воздействии на живые организмы, рад и рентген — почти одно и  то  же.
В 1000 раз меньшие единицы, а именно миллирентген (мР) или миллирад  (мрад),
удобны для измерения тех уровней излучения, которые часто  регистрируются  в
окружающей среде. Важно подчеркнуть, что  рентген  или  рад  —  это  единицы
суммарной дозы. Доза излучения, полученная  в  единицу  времени,  называется
интенсивностью дозы. Так, если организм получает 10 мР в час,  то  суммарная
доза за 24 ч составит 240 мР, или 0,240  Р.  Как  мы  увидим,  очень  важное
значение имеет время, за которое организм получает данную дозу.
Приборы, используемые для  измерения  ионизирующего  излучения,  состоят  из
двух  основных  частей:  1)  детектора  и  2)  электронного  счетчика.   Для
измерения бета-частиц  обычно  используются  газовые  счетчики,  такие,  как
счетчик Гейгера, а для измерения гамма-  и  других  типов  излучения  широко
применяют твердые или  жидкостные  сцинтиляционные  счетчики  (они  содержат
вещества,  которые  превращают  невидимое  излучение  в  видимое  излучение,
регистрируемое фотоэлектрической системой).
Радиоактивные изотопы, имеющие важное значение в экологии
Каждому химическому элементу  соответствуют  разные  типы  атомов,  все  они
имеют несколько различное строение, некоторые из них радиоактивны, другие  —
нет. Эти  варианты  элементов  называются  изотопами.  Например,  существует
несколько  изотопов  кислорода,  несколько  изотопов  углерода   и   т.   д.
Радиоактивные изотопы  нестабильны  и  при  распаде  превращаются  в  другие
изотопы,  испуская  при  этом   излучение.   Каждый   радиоактивный   изотоп
характеризуется  определенным  числом—  атомным  'весом  и   распадается   с
определенной скоростью. Эту скорость принято называть периодом  полураспада.
Некоторые радиоактивные  изотопы,  имеющие  важное  значение  для  экологии,
перечислены в табл. 59. Можно видеть, что 45Са —  это  радиоактивный  изотоп
кальция; его атомный вес равен 45 и  каждые  160  дней  он  теряет  половину
своей  радиоактивности.  Период  полураспада  —  величина,  постоянная   для
данного изотопа (т. е. внешние факторы не влияют' на  скорость  разрушения);
для разных радиоактивных  изотопов  величина  его  варьирует  от  нескольких
секунд до многих  лет.  В  общем  крайне  «короткоживущие»  радионуклиды  не
представляют интереса для экологии.
Проникающая сила излучения зависит от его энергии.  Большинство  важных  для
экологии  радиоактивных  изотопов  обладают  энергиями  от  0,1  до  5   Мэв
(миллионов электронвольт). В табл. 59 указаны относительные энергии  каждого
изотопа (точные оценки можно найти в  стандартных  справочниках).  Чем  выше
энергия, тем больше — в пределах  данного  типа  излучения  —  потенциальный
ущерб для биологического материала. Но, с другой стороны, изотопы с  высокой
энергией легче обнаруживаются в очень  небольших  количествах;  поэтому  они
более  удобны  в  качестве  «меток»,  или  индикаторов.   Например,   гамма-
излучатели высокой энергии, такие,  как  кобальт-60,  цезий-134,  скандий-46
или  тантал-182,  служат  .полезными  «метками»,  с  помощью  которых  можно
следить снаружи за передвижениями под корой деревьев или в почве.

ТАБЛИЦА  59  Экологически  важные  радионуклиды.  Группа   А.   Естественные
изотопы, участвующие в создании фонового излучения
|                       Период          |Излучение       |
|полураспада Изотопы                    |                |
|                                       |                |
|Уран-235 (236U)                                    7-108|
|лет        Альфа*** Гамма*                              |
|Уран-238(2звЦ)                                          |
|4.5.109 »                »                              |
|Радий-226(^Ra)                         |»               |
|1620     »                             |»               |
|Торий-232(232тп)                                        |
|1,4-1010 >               »                              |
|Калнй-40(4°К)                                           |
|1,3.10»         »  Бета*** Гамма***                     |
|Углерод-14 (см. группу Б)              |                |
|Группа Б. Изотопы элементов, которые являются           |
|существенными компонентами организмов                   |
|Кальций-45(45Са)                       |Бета**          |
|160 дней                               |                |
|Углерод-14(14С)                                         |
|5568 лет         Бета*                                  |
|Кобальт-60(60Со)                       |Бета**  Гамма***|
|5,27     >                             |                |
|Иод-131 (13Ч)                                           |
|8 дней  Гамма**                                         |


Как показывает табл. 59, с экологической точки зрения радиоактивные  изотопы
можно разбить на несколько довольно хорошо  различимых  групп.  В  группу  А
входят  встречающиеся  в  природе  радиоактивные  изотопы,   участвующие   в
создании  фонового  излучения.  В  группу  Б   входят   изотопы   элементов,
являющихся  существенными  компонентами  тканей  животных  и  растений;  они
поэтому имеют большое значение в качестве  меток  при  изучении  метаболизма
сообщества и как источники внутреннего облучения.В группу В входят  продукты
деления урана -и некоторых  других  элементов;  большинство  этих  элементов
несущественны для метаболизма (за  исключением  иода-131).  Однако  элементы
этой группы опасны,  так  как  они  в  больших  количествах  образуются  при
ядерных взрывах, а также при управляемых ядерных реакциях  при  производстве
электричества или других полезных форм энергии.  Хотя  большинство  из  этих
изотопов не представляют  собой  существенные  компоненты  протоплазмы,  они
легко включаются  в  биогеохимические  циклы,  и  многие  из  них,  особенно
нуклиды стронция и цезия, накапливаются в пищевых цепях. Обратите  внимание,
что  многие  изотопы  группы  В  производят  «дочерние  изотопы»   (изотопы,
образующиеся при распаде другого изотопа), которые  часто  обладают  большей
энергией, чем исходные  изотопы.  Человек  надеется  со  временем  научиться
использовать энергию ядерного синтеза,  выделяемую  в  водородной  бомбе,  и
заменить  ею  энергию  ядерного  деления,  которая  лежит  сейчас  в  основе
развития  ядерной  энергетики.  При  этом  мы  избавились  бы  от  продуктов
деления, но не решили бы проблем,  создаваемых  тритием  (3Н)  и  наведенной
радиоактивностью.
                     СРАВНИТЕЛЬНАЯ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ
Разные виды организмов сильно различаются по своей  способности  выдерживать
большие дозы облучения. На фиг. 223 показана сравнительная  чувствительность
представителей трех разных типов организмов к некоторым дозам  рентгеновских
или гамма-лучей. Большие  дозы,  получаемые  организмом  за  короткое  время
(минуты или часы), называют острыми дозами в  противоположность  хроническим
дозам сублетального  облучения,  которые  организм  мог  бы  выдерживать  на
протяжении всей своей жизни. Вертикальные черточки слева  указывают  уровни,
при которых у более чувствительных  видов  данной  группы  могут  возникнуть
серьезные нарушения функции размножения (например, временная или  постоянная
стерильность).  Черточки   справа   указывают   уровни,   которые   вызывают
немедленную гибель, большей части  особей  (50%  и  выше)  более  устойчивых
видов. Стрелки, направленные влево, указывают нижние  границы  доз,  которые
могут вызывать  гибель  или  повреждение  чувствительных  стадий  жизненного
цикла, например эмбрионов. Так,  доза  200  рад  вызывает  гибель  эмбрионов
некоторых  насекомых  на  .стадии  дробления,  доза  5000  рад  приводит   к
стерильности, но для того чтобы убить всех взрослых особей более  устойчивых
видов, потребовалась бы доза 100000  рад.  В  общем  млекопитающие  обладают
наибольшей чувствительностью, а микроорганизмы наиболее устойчивы.  Семенные
растения  и  низшие  ^позвоночные  находятся  где-то  между   насекомыми   и
млекопитающими.  Как  показывает  большая   часть   исследований,   наиболее
чувствительны  к  облучению  быстро  делящиеся  клетки   (этим   объясняется
снижение чувствительности с  возрастом).  Поэтому  любой  компонент  системы
(будь то часть организма, одна особь или популяция), претерпевающий  быстрый
рост,  окажется,  вероятно,  восприимчивым  к  сравнительно  низкому  уровню
излучения независимо от своего систематического положения.
Фиг. 223. Сравнительная чувствительность трех разных организмов к  единичной
Острой дозе рентгеновских или гамма-лучей (объяснения — в тексте).
Воздействие низких хронических доз  измерить  сложнее,  так  как  они  могут
вызывать отдаленные генетические  и  соматические  эффекты.  Спарроу  (1962)
сообщает, что хроническое облучение  сосны  (которая  обладает  сравнительно
высокой чувствительностью) на  протяжении  10  лет  при  дозе  1  Р  в  день
(суммарная доза 25000 Р) вызывает  примерно  такое  же  уменьшение  скорости
роста, как и острая доза 60 Р. Любое повышение уровня излучения в среде  над
фоновым или даже высокий естественный фон  может  повысить  частоту  вредных
мутаций  (подобно  многим  химическим  веществам,  добавляемым   к   пищевым
продуктам, действию которых подвергает себя современный человек).
У  высших  растений  чувствительность  к   ионизирующему   излучению   прямо
пропорциональна размеру клеточного  ядра,  а  точнее,  объему  хромосом  или
содержанию ДНК. Как показано на фиг. 224, при изменении объема  хромосом  их
чувствительность к облучению  изменяется  почти  на  три  порядка.  Растения
большим объемом хромосом гибнут при острой дозе ниже  1000  рад,  тогда  как
растения с мелкими хромосомами или малым их  количеством  устойчивы  к  дозе
50000 рад или  выше.  Такая  зависимость  свидетельствует  о  том,  что  при
увеличении хромосомной «мишени» повышается вероятность  прямого  «попадания»
атомных «выстрелов».
У  высших  животных   не   обнаружено   такой   прямой   зависимости   между
чувствительностью и клеточной структурой;  для  них  более  важное  значение
имеет чувствительность отдельных систем органов.  Так,  млекопитающие  плохо
переносят даже низкие дозы вследствие высокой чувствительности  к  облучению
быстро делящейся кроветворной ткани  костного  мозга.  Многие  исследователи
сообщают, что ЛД-50 (доза, при которой гибнет 50% особей  в  популяции)  для
некоторых диких грызунов примерно вдвое выше,  чем  для  лабораторных  белых
мышей или  белых  крыс,  но  удовлетворительного  объяснения  причин  такого
различия между близкородственными видами пока не найдено.
Дифференциальная чувствительность  представляет  значительный  экологический
интерес. Для того чтобы та или иная система могла переносить  более  высокий
уровень  излучения,  чем  тот,  при  котором  она  эволюционировала,  должна
произойти адаптация, возможно  сопровождающаяся  элиминацией  чувствительных
линий или видов, В разд. 3 этой главы приведены примеры уменьшения  видового
разнообразия и изменения в структуре сообщества,  обусловленного  радиацией.
Радиационный    стресс    может    изменить    основные     межпопуляционные
взаимодействия,  например  равновесие  между  хищниками  и   жертвами,   как
показала Ауэрбах (1958) в экспериментах с  клещами,  или  вызвать  внезапное
нашествие вредителей.

[pic]
[pic]
Фиг.  224.  Зависимость  между  объемом  интерфазных   хромосом   и   острой
летальной' дозой в килорентгенах  (1  кР  =  103Р)  (по  Спарроу,  Шейрср  и
Спарроу, 1963),
Представлены данные по следующим видам:  /  —  Trillium  grandiftorum;  2  —
PodophyLlum  peltatum-.  3  —  Hyacinthus  Ь.  v.  Innocence;  4  —   Litium
longiflorum; 6 —- Chlorophytutn elatum; 6 —  Zea  mays;  7  —  Aphanostephus
sklrrobasis; 8 — Crepis capillaris; 9 -~ Sedum ternatum; 10 —  Lt/copersicum
esculenfum; !I — Gladiolus v. h. Friendship;  12  —  Men/ha  spicata;  13  ~
Sedum  oryztfollum;  14  —  Sedum  tricarpum;  15  —  Sedum   alfredi   var.
nagasakianum; 16 — Sedum rupifragum.  Объем  Хромосом  определялся  делением
среднего объема ядра  па  число  хромосом.  Объем  хромосом  (#>•  и  острая
летальная доза (у) связаны уравнением JgJ/= 1,69422 — (0,93025) Igx,

Здесь нам нужно обратить внимание на  порядок  величины  доз  естественного,
или фонового,  излучения,  к  которым  организмы,  так  сказать,,  привыкли.
Радиационный фон имеет три  основных  источника:  1)  космические  лучи;  2)
калий-40 in vivo (входящий в состав живых тканей) и 3) внешнее облучение  от
радия и других природных  радиоактивных  изотопов,  встречающихся  в  горных
породах и почве. Дозы, создаваемые каждым из этих трех  источников,  в  пяти
разных участках оцениваются следующим образом (в миллиардах в год).
Осадочные породы на уровне моря: Гранитная скала на уровне  моря:  Гранитная
скала на высоте 3000 м: Поверхность моря: Море на глубине 100 м:
35+17+23= 75
35 + 17+90=142
100+17+90 = 207
35 + 28+  1= 64
1+28+ 1= 30
Возможно, что  для  радиационных  эффектов  нет  никакого  порога.  Генетики
пришли к выводу, что для мутагенного действия излучения1 пороговой  дозы  не
существует. В настоящее время мы прибегаем к временным  мерам,  устанавливая
«минимальные допустимые уровни» для дозы облучения и для  количества  разных
радиоактивных изотопов  в  среде.  Это  неплохая  практика,  если  при  этом
помнить, что такие допустимые уровни  фактически  не  соответствуют  никаким
известным порогам. На самом деле в течение последних десяти лет  «допустимые
уровни» для человека дважды пересматривались в  сторону  снижения.  В  общем
все понимают, что, поскольку человек, по-видимому,  обладает  самой  высокой
из  всех  живых  существ  чувствительностью  к  [излучению,  все  мы  должны
постоянно контролировать уровень радиации и сохранять ее на низком уровне  в
той микросреде, где человек фактически живет. Лаутит (1956)  резюмирует  эту
точку зрения следующим образом: «Мы убеждены,  что  если  человек  обеспечит
радиобиологическую защиту самому себе, то в остальном природа, за  немногими
исключениями,  также  позаботится  о   себе   сама».   Это   очень   опасное
переупрощение. Радиоактивное загрязнение почвы, океанов  и  других  сред,  в
которых  человек  фактически  не  живет,  будет  тем  не  менее  влиять   на
необходимую человеку систему жизнеобеспечения. Больше того, в разд.  4  и  5
этой главы приводятся данные, которые показывают,  что  любое  радиоактивное
вещество с большим периодом полураспада, попавшее  в  среду  в  любом  месте
биосферы, рано или  поздно  попадет  в  организм  человека.  Чтобы  оградить
человека от радиобиологической опасности,  мы  должны  достаточно  заботливо
относиться и к экосистеме.
Дифференциальная  чувствительность  к  излучению  в  пределах  одного   вида
используется для борьбы с насекомыми. Как отмечалось  в  гл.  16,  разд.  7,
радиационная  стерилизация  является  одним  из  видов  оружия  в   арсенале
«интегральной» борьбы с вредителями.  Самцов  Ludlia  macillaria,  например,
стерилизовали  острой   дозой   около   5000   Р,   что   мало   влияло   на
жизнеспособность и поведение этих мух. Стерилизованные самцы,  выпущенные  в
дикую шпуляцию, нормально спаривались, но никакого  потомства,  конечно,  от
этого  не  получалось.  Наводнив  природную  популяцию  большим  количеством
стерильных  самцов,  удалось  подавить  численность  этого  основного  врага
животноводства на юге Украины.

                 РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ НА ЭКОСИСТЕМНОМ УРОВНЕ
Сейчас во многих местах изучают влияние гамма-излучения на целые  сообщества
и экосистемы. В качестве источников  гамма-излучения  используют  кобальт-60
или цезий-137 с активностью 10000  Ки  или  больше,  которые  помещались  на
полях и в лесу—,в Брукхейвенекой национальной  лаборатории  на  Лонг-Айленде
(Вудвелл, 1962 и 1965), в тропическом дождевом лесу в Пуэрто-Рико  (Г.  Одум
и Пиджин, 1970 и в пустыне в Неваде (Френч,  1965).  Влияние  реакторов  без
защиты (которые испускают нейтроны и гамма-лучи) на поля и  леса  изучали  в
Джорджии  и  в   Окриджской   национальной   лаборатории   в   Теннесси.   В
экологической  лаборатории  Саванна  Ривер  (Южная  Каролина)   использовали
переносный источник гамма-излучения для изучения кратковременных влияний  на
самые  разные  сообщества.  В  Окриджской  лаборатории  много  лет   изучали
сообщества  озера,  подвергавшегося  слабому   хроническому   облучению   от
радиоактивных отходов.
На фиг. 225  показано  влияние  источнинка  гамма-излучения,  помещенного  в
дубово-сосновом лесу в Брукхейвене (это тот же самый лес,  продуктивность  и
биомасса которого отражены на фиг.  16).  Каждые  сутки  источник  излучения
«работал» по 20 ч, а в течение остальных  4  ч  производились  наблюдения  и
брались пробы (на это  время  источник  опускали  в  заэкранированый  шурф).
Градиент хронического облучения изменялся от 1000 рад в 10  м  от  источника
до неулавливаемого приборами превышения над фоном — в 140 м (кривая на  фиг.
225, А). Самыми устойчивыми оказались осоки, несколько менее  устойчивыми  —
некоторые верески и злаки. Сосны значительно более чувствительны,  чем  дубы
(у клеток сосен ядра более крупные,  и  они  не  дают  новых  побегов,  если
погибли  терминальные  почки).  Замедление  роста  растений   и   уменьшение
видового разнообразия животных отмечались даже  при  таких  низких  уровнях,
как 2—5  рад  в  сутки.  Хотя  дубовый  лес  и  продолжал  существовать  при
достаточно высоком уровне  облучения  (10—40  рад  в  сутки),  деревья  были
угнетены, а на некоторых  участках  стали  восприимчивы  к  насекомым.  Так,
например, на второй  год  эксперимента  на  участке,  получавшем  ежесуточно
около 10 рад, произошла вспышка численности  дубовой  тли;  в  этом  участке
тлей было более чем  в  200  раз  больше,  чем  в  обычном  (необлучавшемся)
дубовом лесу.
В общем вдоль градиента облучения  можно  выделить  5  зон:  1)  центральная
зона, в которой ни одно ,из высших растений не выживает; 2) зона  осоки;  3}
зона черники и паслена; 4) угнетенный дубовый лес  и  5)  интактный  дубово-
сосновый лес, в котором заметно некоторое угнетение роста, но  нет  погибших
растений.
[pic]
Фиг. 225.  Влияние  на  дубово-сосновый  лес  градиента  гамма-облучения  от
высокоактивного неподвижного источника.
Облучение производилось в течение 2 лет по 20 ч  в  сутки  (объяснения  —  в
тексте).  А.  Влияние  длительного  Y-излучения  на   состав   растительного
сообщества.  Б.  Доминирующие  формы  в  сообществе  насекомых,   населяющих
облученный лес.

Сходные   результаты   получены   в   других   исследованиях,   где   лесную
растительность   подвергали   действию   ионизирующего   излучения.    После
кратковременного  интенсивного  облучения,  как  у  реактора  без  защиты  в
Джорджии, деревья верхнего  яруса  на  вид  казались  мертвыми  и  появилась
залежная растительность, состоявшая из однолетних трав и  злаков.  Однако  в
последующие годы
(если облучение не повторяли) многие из лиственных деревьев  восстановились,
дав вверх плотную поросль от корней и стволов (это говорит о том, что  убиты
были  только  надземные  части).   Возник   некий   вариант   низкоствольной
растительности, 'которая вскоре затенила всю залежную растительность.
Хотя, как мы отметили в предыдущем разделе,  относительную  чувствительность
разных видов высших растений можно предсказать, зная объем хромосом,  другие
факторы, такие, как форма  роста  или  взаимодействия  между  видами,  могут
модифицировать реакцию вида в интактном сообществе.  Травянистые  сообщества
и ранние стадии сукцессии в общем случае более устойчивы, чем  зрелые  леса.
Это происходит не только потому,  что  у  первых  многие  виды  имеют  более
мелкие ядра, но также и потому, что  у  них  гораздо  меньше  «незащищенной»
биомассы   над   грунтом;   к   тому   же   мелкие   травянистые    растения
восстанавливаются гораздо быстрее, прорастая  из  семян  или  из  защищенных
подземных частей (фиг. 178). Следовательно, такие признаки  сообщества,  как
биомасса  и  разнообразие,  играют  роль  в  восприимчивости   к   облучению
совершенно независимо от объема хромосом у отдельных видов.
Как  и  при  всех  других  типах  стресса,  радиационный   стресс   вызывает
уменьшение видового  разнообразия.  В  другом  эксперименте,  проведенном  в
Брукхейвене, на залежную растительность действовали дозой 1000 рад  в  день.
Продукция сухого вещества в облученном  сообществе  оказалась  выше,  чем  в
необлученном контроле, но видовое разнообразие  катастрофически  понизилось.
Вместо обычной смеси многих видов разнотравья и злаков на облученной  залежи
вырос почти чистый травостой Panicum sanguinale (это, вероятно,  не  удивило
бы горожан, которые борются с этой травой на своих газонах!).
              СУДЬБА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Попадая  в  окружающую  среду,  радиоактивные   изотопы   достаточно   часто
рассеиваются и  разбавляются,  но  они  .могут  также  различными  способами
накапливаться в живых организмах и при  продвижении  по  пищевой  цепи.  Эти
способы мы ранее объединили под  рубрикой  «Биологическое  накопление»  (см.
стр. 99—100). Если скорость поступления радиоактивных веществ выше  скорости
их распада, то они могут просто накапливаться в  воде,  почве,  осадках  или
воздухе.  Иными  словами,  мы  можем  поставлять  «природе»,  казалось   бы,
безобидное количество  радиоактивности  и  получать  ее  обратно  летальными
порциями!
Отношение  содержания  некоторого  радиоактивного  изотопа  в  организме   к
содержанию его в окружающей среде часто называют  коэффициентом  накопления.
В химическом отношении радиоактивные изотопы ведут себя по существу так  же,
как и нерадиоактивный изотоп того же  элемента.  Таким  образом,  накопление
радиоактивного изотопа в организме не связано  с  его  радиоактивностью,  но
просто  демонстрирует  в  измеримой  форме  разницу   концентраций   данного
элемента в  среде  и  в  организме.  Некоторые  из  самых  ранних  данных  о
коэффициентах накопления в водных и наземных пищевых цепях были получены  на
Ханфордском заводе  Комиссией  по  атомной  энергии  на  реке  Колумбия,  на
востоке штата Вашингтон (Фостер  и  Ростенбах,  1954;  Хенсон  и  Корн-берг,
1956; Девис и Фостер, 1958).  Следовые  количества  искусственно  полученных
радиоактивных изотопов (32Р и т. п.) и продуктов деления (s°Sr, 137Cs,  1311
и т. п.) попадали в реку, пруды для накапливания отходов и в воздух.
[pic]
Фиг. 226.  Накопление  стронцня-90  в  разных  частях  сети  питания  одного
небольшого  канадского  озера,  получающего   низкоактивпые  отходы.  Цифры,
указывают   средние    коэффициенты    накопления    относительно    озерной
воды,   коэффициент накопления которой принят за единицу.

 Концентрация фосфора  в  реке  Колумбия  была  очень  низкая,  всего  около
0,00003 мг на 1 г воды (т. е. 0,003: Ш3), но его концентрация в  желтке  яиц
уток и гусей, получавших пищу  из  реки,  составляла  около  6  мг/г.  Таким
образом, 1 г яичного желтка содержит в 9-10е раз больше  фосфора,  чем  1  г
речной  воды.  Мы  не  ожидали  такого  высокого   коэффициента   накопления
радиоактивного фосфора, так как по мере его прохождения по  пищевой  цепи  к
яйцу  должен  был  происходить  распад  (у  этого  изотопа  короткий  период
полураспада), в результате которого его количество должно было  уменьшиться.
Такие высокие коэффициенты накопления, как 1 500 000,  отмечаются  редко,  в
среднем они ниже {около  200000)  (Хенсон  и  Корнберг,  1956).  Установлены
коэффициенты накопления и для некоторых других изотопов: 250  для  цезия-137
в мышечной ткани и 500 для  стронция-90  в  костях  водоплавающих  птиц  (по
отношению к концентрации этих изотопов в прудах для отходов,  где  кормились
эти птицы). Концентрация радиоактивного иода в  щитовидной  железе  зайца  в
500 раз выше, чем в  растущих  другом  растениях,  которые  в  свою  очередь
накапливают этот изотоп, выбрасываемый в воздух из труб атомной станции.  На
фиг. 226 приведены коэффициенты  накопления  стронция-90  в  разных  звеньях
водной сети питания вблизи другой атомной электростанции.
Радиоактивность не влияет на  поглощение  данного  изотопа  живой  системой,
однако после того, как изотоп  попал  в  организм,  он,  конечно,  оказывает
вредное  воздействие   на   активные   ткани.   Поэтому   при   установлении
«максимальных  допустимых  уровней»  выброса  изотопов  в  окружающую  среду
следует делать поправку на  «экологическое  накопление».  Очевидно,  следует
остерегаться  тех  изотопов,  которые  имеют   тенденцию   накапливаться   в
определенных тканях (как иод в щитовидной железе или стронций в  костях),  а
также тех,  которые  обладают  высокой  активностью  и  длительным  периодом
полураспада. Кроме того, создается впечатление, что коэффициенты  накопления
выше в малокормных местообитаниях, чем в кормных. В  общем  следует  ожидать
больших тенденций к накоплению в водных экосистемах,  чем  в  наземных,  так
как потоки питательных веществ в «жидкой»  водной  среде  более  интенсивны,
    [pic]
Фиг. 227. Применение радиоактивных меток для составления схем пищевых  цепей
в интактных природных сообществах.
А. Введение метки в отдельное растение  при  помощи  небольшого  прокола  на
стебле. Б. Поглощение метки на разных трофических  уровнях.  /  ~-питающиеся
нектаром; // — травоядные; /// — растения; IV — детритофаги;  V  —  хищники.
В. Схема сети питания, состоящей  из  дпул  доминирующих  БИДОН  растений  и
потребляющих их травоядных. Дальнейшие объяснения — в. тексте.
                       ПРОБЛЕМА РАДИОАКТИВНЫХ ОСАДКОВ
Радиоактивную пыль, оседающую  на  землю  после  атомных  взрывов,  называют
радиоактивными осадками. Эта пыль смешивается и взаимодействует с  атмосфере
с   частицами   естественного   происхождения   и   со   все   возрастающими
искусственными  загрязнениями  воздуха.   Характер   радиоактивных   осадков
зависит) от типа бомбы. Прежде всего надо четко различать два типа  ядерного
оружия;  1)  в  атомной  бомбе  происходит  расщепление  тяжелых  элементов,
например  урана  или  плутония,  сопровождающееся   выделением   энергии   и
радиоактивных «продуктов распада»; в водородной бомбе, представляющей  собой
термоядерное оружие, легкие элементы (дейтерий) соединяются,  образуя  более
тяжелые элементы; при этом освобождается анергия и выделяются нейтроны.  Так
как для термоядерной реакции необходима очень высокая температура  (миллионы
градусов), то-реакция деления используется для «запуска» реакции Синтеза.  В
общем на единицу высвобождаемой энергии термоядерное оружие образует  меньше
продуктов распада и больше нейтронов (создающих  наведенную  радиоактивность
в  окружающей  среде),  чем  атомное  оружие.  Остаточное  излучение,  часть
которого широко рассеивается  в  биосфере  и  оставляет  около  10%  энергии
ядерного оружия. Количество образующихся радиоактивных  осадков  зависит  не
только от типа и размера бомбы, но и от количества  постороннего  материала,
вовлеченного во взрыв.
Осадки,  образующиеся  при  атомных  взрывах,  отличаются  от  радиоактивных
отходов тем, что порожденные взрывом  радиоактивные  изотопы  соединяются  с
железом, кремнием, пылью и всем, что оказывается  поблизости,  в  результате
чего получаются относительно нерастворимые  частицы.  Размеры  этих  частиц,
часто  напоминающих  под  микроскопом  крошечные  мраморные  шарики   разных
цветов, варьируют от нескольких сот микрон  до  почти  коллоидных  размеров.
Самые  мелкие  из  них  плотно  прилипают  к   листьям   растений,   вызывая
радиоактивные повреждения ткани листа; если такие листья съедает  какое-либо
растительноядное  животное,  радиоактивные  частицы   растворяются   в   его
пищеварительных  соках.  Таким  образом,  эта  разновидность  осадков  может
непосредственно  включиться   в   пищевую   цепь   на   трофическом   уровне
растительноядных, или первичных, констументов.
Радиоактивные  осадки  от  небольших  атомных  бомб  или  ядерных   взрывов,
произведенных в мирных целях (строительство портов,  каналов  или  вскрышные
работы), ложатся на землю в виде узкой прямой полосы по  направлению  ветра,
но некоторые мельчайшие частицы могут  уноситься  на  большие  расстояния  и
выпадать с  дождем  далеко  от  места  взрыва.  Хотя  общая  радиоактивность
уменьшается по мере увеличения расстояния от места взрыва,  уже  давно  было
установлено,   что   некоторые   радиоактивные   изотопы,   имеющие   важное
биологическое  значение,  особенно  стронций-90,  в  наибольшем   количестве
обнаруживаются у диких  животных  на  расстоянии  100—150  км  от  эпицентра
взрыва (Нишита и Ларсон, 1957). Это объясняется тем, что у  90Sr  есть.  два
газообразных   предшественника   (90Кг—>-90Rb—>-90Sr)   и   он    образуется
относительно нескоро после взрыва бомбы. Поэтому стронций-901  включается  в
мельчайшие частицы (менее 40 мкм), которые  оседают  вдали  от  эпицентра  и
легче  включаются  в  пищевые  цепи.  Цезий-137  также  имеет   газообразных
предшественников  и  является  существенной  составной  частью  более  легко
растворимых «дальних осадков».
При  взрывах  больших  мощных  «мегатонных»  бомб,  которые  весьма   широко
испытывались в начале 60-х годов, происходит выброс вещества в  стратосферу,
что привело к глобальному заражению с выпадением осадков  по  всему  земному
шару,  которое  будет  продолжаться  еще  много  .лет.  Количество  осадков,
выпадающих   в   данной   области,   примерно   пропорционально   количеству
атмосферных осадков. В Украине, например, к 1975 г. количество  накопленного
стронция-90 составляло во  влажных  районах  (например,  на  западе  в  зоне
листопадных лесов) около 80 мКи/км2,  а  в  сухих  районах  (  степи  )  —35
мКи/хм3.
 Исследования, проведенные после испытаний  ядерного  оружия  показали,  что
радиоактивные изотопы, включающиеся в  пищевые  цепи  в  океане,  достаточно
легко  отличаются  от  включающихся  в  наземные  пищевые  цепи.  В  морских
организмах  в  больших  количествах  обнаружены  те  радиоактивные  изотопы,
которые образуют прочные  комплексы  с  органическими  веществами,  например
кобальт-60, железо-59, цинк-65 и мар-ганец-54  (все  эти  изотопы  порождены
нейтронной бомбардировкой), и те, которые присутствуют  в  виде  частиц  или
коллоидов (144Се, 144Рг, S5Zr и 106Rh). В  наземных  растениях  и  животных,
напротив, находят больше всего растворимых  продуктов  распада,  таких,  как
стронций-90 и цезий-137. Так как именно в морских животных, но не в  морских
растениях или наземных организмах  была  обнаружена  наведенная  активность,
накапливающаяся  в  детрите,  можно  думать,  что  это  различие  связано  с
преобладанием в пищевых цепях морских экосистем фильтра-торов и  организмов,
питающихся донными осадками. Это  еще  один  пример  того,  что  загрязнения
могут миновать первый трофический уровень и включиться непосредственно в  те
звенья пищевой цепи, которые образованы животными.
Количество радиоактивных изотопов, которые включаются в  пищевые  цепи  и  в
конце концов попадают в  организм  человека,  определяется  не  только  тем,
сколько их выпало из  воздуха  (что,  как  уже  отмечалось,  непосредственно
зависит от количества атмосферных осадков), но также  структурой  экосистемы
и природой ее биогеохимических циклов. В общем в малокормных  местообитаниях
большая доля осадков будет входить в пищевые цепи. В богатой  среде  высокая
скорость обмена и большая запасающая  емкость  почвы  или  донных  отложений
обеспечивают такое разбавление  осадков,  что  в  растения  они  попадают  в
относительно небольшом количестве. Подушковидная растительность тощих  почв,
такая, как моховые болота, заросли вереска, сообщества на  выходах  гранита,
альпийские луга и тундры  действует как  ловушка  для  осадков,  ускоряя  их
потребление животными.
                             УНИЧТОЖЕНИЕ ОТХОДОВ
Несмотря  на  всю  серьезность  проблемы  осадков,  потенциально  еще  более
серьезной  является   проблема   уничтожения   отходов,   образующихся   при
использовании  атомной  энергии  в  мирных  целях.  Экологическим   аспектам
уничтожения отходов не уделяется достаточного внимания, а, между тем  именно
они  представляют  собой  лимитирующий  фактор  для  полного   использования
атомной энергии. Как  утверждают  украинские  учёные,  ядерная  энергия  «по
существу неисчерпаема», но преградой на  пути  к  очень  широкому  получению
такой  энергии  являются,  возникающие  при  этом  побочные  воздействия  на
окружающую среду. Это еще одно выражение принципа, сформулированного  в  гл.
16: человека лимитирует не энергия сама по себе, а последствия  загрязнения,
порождаемого эксплуатацией источников энергии.
Обычно рассматривают три категории радиоактивных отходов:
1. Высокоактивные отходы. Жидкости или твердые вещества, которые  необходимо
хранить, так  как  они  слишком  опасны,  для  того  чтобы,  их  можно  было
выбросить в  биосферу.  При  расщеплении  каждой  тонны.  ядерного  горючего
образуется около 400 л  таких  высокоактивных  отходов.  В  1969  г.  в  200
подземных контейнерах на четырех полигонах по атомной энергии США  хранилось
300-106 л таких отходов. Ежегодно требуется 60 000  м3  емкостей  для  новых
отходов; эта цифра будет возрастать по мере увеличения производства  ядерной
энергии.  Среди  других  способов  избавления  от  отходов   рассматриваются
следующие: 1) превращение жидкостей в инертные твердые  вещества  (керамику)
для захоронения в глубоких геологических горизонтах; 2)  хранение  жидких  и
твердых отходов в глубоких соляных шахтах.  Проблема  осложняется  тем,  что
высокоактивные отходы  выделяют  большое  количество  тепла,  которое  может
расплавить стены соляных шахт или вызвать небольшие землетрясения, если  оно
выделяется в разломах определенных типов.
2. Низкоактивные отходы.  Жидкости,  твердые  вещества  и  газы,  обладающие
очень низкой активностью, но занимающие слишком много места,  чтобы  хранить
их целиком. Поэтому их приходится рассеивать в окружающей  среде,  но  таким
образом и  в  таких  количествах,  чтобы  эта  радиоактивность  не  вызывала
ощутимого повышения фона и не концентрировалась в пищевых цепях.
3. Отходы с промежуточной  активностью.  Их  активность  достаточно  высока,
чтобы вызвать местное загрязнение, но достаточно  низка,  чтобы  можно  было
отделить высокоактивные или долгоживущие компоненты,  а  с  основной  массой
обращаться как с низкоактивными отходами.
Цикл  уранового  горючего  на  электростанциях  состоит  из  следующих  фаз:
I)добыча и измельчение;    2)  очистка    (химические    реакции);
3)   обогащение   (повышение относительного    содержания    урана-235);
4) изготовление ядерных топливных элементов;
 5) загрузка ядерного топлива в реактор;
 6) регенерация расщепленного горючего;
7) захоронение или другой способ хранения отходов.
Хотя большая часть радиоактивных отходов  образуется  в  реакторе,  наиболее
трудны те проблемы переработки отходов, с которыми  приходится  сталкиваться
при регенерации, когда продукты деления удаляются из отработанных  топливных
элементов. Регенерационные установки  и,  места  захоронения  расположены  в
разных  местах  вне  собственно   атомной   электростанции.   Это   означает
постоянную опасность аварий, возможных при перевозке отработанных  элементов
или высокоактивных. отходов. Отходы с  низкой  и  промежуточной  активностью
возникают также  в  непосредственной  близости  от  реактора  (особенно  при
утечках или поломках), а также при  добыче  и  изготовлении  топлива.  Таким
образом,,  на  всем   протяжении   цикла   существует   .постоянная   угроза
радиоактивного загрязнения среды. Чтобы свести эту угрозу к минимуму,  около
атомной станции должны быть отведены обширные участки  земли.  Необходим,  в
частности, достаточно обширный участок для захоронения в грунт, так  как  на
каждые 1500 м3 высокоактивных отходов или на 3000 м3 отходов  с  низкой  или
промежуточной активностью требуется примерно 0,5 га.
[pic]
Фиг. 228. Захоронение в грунт высокоактивных жидких отходов.
Показано  перемещение в почвах   пустыни   основных изотопов.
Такие участки должны постоянно находиться под наблюдением,  чтобы  исключить
возможность заражения поверхностных и грунтовых вод н  воздуха  (фиг.  228).
Позже мы рассмотрим требования к суше и воде в  месте  расположения  атомной
станции и пере-' работки ее отходов.
До тех пор пока делящиеся материалы (уран,  торий,  плутоний  и  др.)  будут
использоваться  в  качестве  источника  энергии,  факторами,   лимитирующими
использование  теоретически  «неисчерпаемых»  источников  атомной   энергии,
будут оставаться большие количества отходов  от  продуктов  деления  (те  же
самые радиоактивные изотопы, которые присутствуют в осадках)  плюс  следовые
количества  расщепляемых  материалов.  Будет   накапливаться   очень   много
«мегакюри»  радиоактивных  изотопов  с   большими   периодами   полураспада.
Ожидается, что используемые сейчас реакторы  в  ближайшие  15—20  лет  будут
заменены реакторами-размножителями, в которых  при  каталитическом  сжигании
урана-238,   тория-232   и,   может   быть,   лития-6   будет    происходить
самовосстановление  делящихся  материалов.  При  этом  значительно  снизятся
потребности в  горючем,  но  это  не  решит  проблемы  уничтожения  отходов.
Предполагается, что  когда-нибудь  станет  возможным  использование  энергии
синтеза. С продуктами деления тогда было бы покончено,  но,  увеличилось  бы
количество веществ с наведенной активностью,  в  частности  трития,  который
мог бы загрязнить гидрологический цикл в глобальном масштабе. Паркер  (1968)
подсчитал,  что  «если  бы  все  атомные   станции   работали   на   реакции
термоядерного синтеза, то в результате образовавшегося в  энергетике  трития
доза загрязнения для всего земного шара к 2000 г. достигла бы  недопустимого
уровня!» Дополнительное обсуждение проблемы радиоактивных отходов.
Если бы радиоактивные отходы не лимитировали использования атомной  энергии,
то лимитирующим фактором стали бы тепловые отходы или, что  более  вероятно,
сочетание тех и  других  отходов  создавало  бы  предельные  ограничения  со
стороны загрязнения. То, что сейчас называют  тепловым  загрязнением,  будет
„становиться все  более  серьезной  проблемой,  так  как,  согласно  второму
закону термодинамики, при любом превращении одной формы энергии в  другую  в
качестве  побочного  продукта  образуется  бесполезное  тепло.  Переход   от
минерального горючего к атомному до некоторой степени уменьшает  загрязнение
воздуха, но при этом возрастает загрязнение воды,  особенно  тепловое.  Так,
при производстве 1 кВт-ч электроэнергии на тепловой станции тепловые  отходы
в  атмосферу   и   в   воду,   используемую   для   охлаждения,   составляют
соответственно 400 и 135 искал, а на современной
атомной  электростанции  —  130  и  1900  ккал.   Таким   образом,   атомная
электростанция  средних  размеров,  производящая  3000  МВт  электроэнергии,
производит также тепловые отходы с интенсивностью свыше 5-Ю9 ккал/ч.
Охлаждающая способность поверхности воды варьирует в зависимости от ветра  и
температуры воды от 7 до 36 ккал в 1 ч на 1  м2  на  каждый  градус  (1  °С)
разницы между температурой воды  и  воздуха.  Следовательно,  для  рассеяния
тепла требуется большая водная поверхность, что-то порядка 0,6 га на  1  МВт
в местностях с умеренным климатом, или 1800 га на  электростанцию  мощностью
3000  МВт.  В  одном  отчете1  в  1970  г.  рекомендовалось  каждой  атомной
электростанции мощностью 2400 МВт  отводить  450  га  для  самой  станции  и
хранения радиоактивных отходов  и  около  3000  га  водной  поверхности  для
охлаждения.   Соответственно   если   выбрать   второй   вариант   стратегии
уничтожения  отходов,  то  для  каждой  электростанции  умеренных   размеров
придется отвести площадь минимум 4000 га. Это соответствует  концепции  зоны
переработки отходов (фиг.  219)  и  предусматривает  использование  тепловых
отходов для разведения рыбы или для других полезных целей.
Применение мощных охлаждающих устройств, таких, как градирни,  позволило  бы
сократить необходимое пространство, но довольно дорогой ценой, так  как  это
означало бы выбор дорогостоящего  третьего  варианта  стратегии  уничтожения
отходов. Как  и  в  отношении  других  отходов,  всегда  кажется  заманчивым
использовать для охлаждения океаны,  но  отчет  другой  специальной  группы2
предостерегает, что океаны нельзя больше рассматривать как свалку  для  всех
порожденных человеком отходов. Хотя почти все  предсказывают,  что  проблема
локального  теплового  загрязнения  будет  все  более  обостряться,   мнения
относительно  era  конечного   влияния   на   глобальный   тепловой   баланс
расходятся.
Локальные вредные воздействия теплового  загрязнения  на  водные  экосистемы
таковы:
1)повышение температуры воды часто усиливает  восприимчивость  организмов  к
токсичным  веществам   (которые,   несомненно,   должны   присутствовать   в
загрязненной воде);
2) температура  может  превысить  критические  величины  для  «степотермных»
стадий жизненных циклов;
3) высокая  температура  благоприятствует  замене  популяций  обычной  флоры
водорослей менее желательными сине-зелеными;
4) при повышении температуры воды  животным  нужно  больше  кислорода,  а  в
теплой воде его содержание понижено.
                   БУДУЩЕЕ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИИ
В этой краткой лекции мы пытались показать, что  проблемы  радиоактивного  и
теплового  загрязнения    окружающей  среды,  связанного  с   использованием
ядерной  энергии,  будут  углублять  и  так   уже   серьезные   ограничения,
накладываемые   разного   рода   загрязнениями   на   дальнейшее    развитие
«индустриализованного» человека. Вместе с тем мы отметили  и  те  необычайно
привлекательные возможности, которые дает исследователю метод  радиоактивных
изотопов.   До   настоящего   времени   радиационная   экология   занималась
преимущественно описанием и разработкой методик, но  теперь  настало  время,
когда ей  следует  внести  свой  вклад,  и  притом  значительный,  в  теорию
экосистем. Радиационные методы предлагают .мощные средства для решения  двух
основных проблем экосистемы; о  связи  однонаправленного  потока  энергии  с
круговоротом  веществ  и  о  взаимодействии   физических   и   биологических
.факторов в регулировании экосистемы. Только  при  глубоком  понимании  всех
этих  вопросов  человек  сможет  сам  обнаруживать  собственные)  ошибки   и
исправлять все те нарушения в системах жизнеобеспечения,  которые  вносит  в
биосферу  безудержное  развитие  техники.  В  не  слишком  далеком   будущем
радиоэколог, вероятно, будет участвовать в решении  вопросов  о  том,  когда
сохранять, а когда рассеивать отходы атомной эпохи. Ведь  кому  же,  как  не
экологу, знать, чего можно ожидать в биологической среде обитания!
-----------------------
[pic]