Экологическая безопасность

Обшие понятия. Различные обстоятельства, изложенные выше в этой главе и в двух предыдущих главах, — от локальных техногенных катастроф до глобального экологического кризиса, т.е.

Говоря о факторах опасности, иногда различают техногенную и экологическую опасность. Под экологической опасностью подразумевают экологические воздействия, в результате которых могут произойти изменения в окружающей среде и вследствие этого измениться условия существования человека и общества. Ho в глобальном масштабе естественные, природные источники опасности сейчас относительно невелики по сравнению с антропогенными. Тем более, что человек быстро учится их прогнозировать и предупреждать. Поэтому далее будет идти речь в основном о широко понимаемых экологической опасности и экологической безопасности.

Понятие «безопасность» раскрывается в Законе Российской Федерации «О безопасности» (1992 г.):

Под безопасностью Российской Федерации понимается качественное состояние общества и государства, при котором обеспечивается защита каждого человека, проживающего на территории РФ, его прав и гражданских свобод, а также надежность существования и устойчивость развития России, защита ее основных ценностей, материальных и духовных источников жизнедеятельности, конституционного строя и государственного суверенитета, независимости и территориальной целостности от внутренних и внешних врагов.

Это — типичное для нашей страны определение безопасности, точнее — государственной безопасности. Оно может быть сведено к краткой формуле: «состояние защищенности от опасности».

Безопасность сложной системы определяется не столько субъектами защиты или факторами внешней защищенности, сколько внутренними свойствами — устойчивостью, надежностью, способностью к авто регуляции. В наибольшей степени это относится именно к экологической безопасности. Человек, общество, государство не могут быть гарантами собственной экологической безопасности до тех пор, пока продолжают нарушать устойчивость и биотическую регуляцию окружающей природной среды.

На пути к экологической безопасности. Какое участие в стабилизации системы ЧЭБС должен принять человек - самый активный элемент этой системы и виновник нарушения?

В принципе человек может в той или иной мере воздействовать на все те связи в системе ЧЭБС, которые возникли с его появлением и становлением техносферы, т.е. на всё то, что человек добавил к природной системе, включая и воздействия на самого себя. Это схематически показано на рис. 7.7. Семь изогнутых стрелок (1—7) отображают возможные воздействия на связи в системе ЧЭБС со стороны человека.

Рис. 7.7. Возможные пути воздействия обществ» на стабилизацию системы ЧЭБС

Все эти воздействия противонаправлены основным связям, т.е. имеют тормозящий, ингибирующий характер и направлены на повышение устойчивости системы. Кратко опишем возможные действия человека на пути к собственной безопасности. Воздействие на масштабы экономики в части ее воздействия на биоту биосферы, т.е. на связь Э Б — самый главный путь ослабления экологического кризиса. По настоящему угрозу экологической катастрофы можно снять лишь сокращением техносферы — и по площади, и по степени вмешательства в биосферный обмен веществ и энергии. Торможение потока отрицательных воздействий экономики на экологическую среду, т.е.

Логика стабилизации системы ЧЭБС в связи с перечисленными сценариями на формальном уровне довольно проста: уменьшение природоемкости мирового материального хозяйства, а это возможно только при снижении объема производства. Если численность населения не уменьшается, то сокращение объема производства может происходить только за счет сокращения производства на душу населения.

Однако переход от формального анализа к реальности делает очевидными сложность и глубокую макроэкономическую и политическую обусловленность решения глобальных экологических проблем.

Критерии экологической безопасности. Научная литература и различные рекомендательные и нормативные документы содержат множество частных критериев безопасности, в том числе и экологической безопасности.

о              безопасности того или иного объекта. Поэтому возникает необходимость разработки и использования небольшого числа интегральных критериев безопасности и получения на их основе обобщенной оценки состояния объекта,

Для экосферы и ее частей — биомов, регионов, ландшафтов, т.е. более или менее крупных территориальных природных комплексов, включая и административные образования, основным критерием экологической безопасности может служить уровень эколого-экономического, или природно-производст- венного паритета, т.е. степени соответствия общей техногенной нагрузки на территорию ее экологической техноемкости — предельной выносливости по отношению к повреждающим техногенным воздействиям.

Для отдельных экологических систем главными критериями безопасности выступают целостность, сохранность их видового состава, биоразнообразия и структуры внутренних взаимосвязей. Сходные критерии относятся и к технико-экономическим системам.

Наконец, для индивидуумов главным критерием безопасности является сохранение здоровья и нормальной жизнедеятельности.

Рассмотрим эти критерии более подробно.

Безопасность территориальных комплексов. Оценка безопасности территориального природно-социального комплекса основана на соизмерении природных и техногенных (производственных) потенциалов территории.

Введем основной критерий безопасности и связанные с ним понятия:

Ult; T3.              (7,2)

Здесь U — природоемкость производства территории, т.е. совокупность объемов хозяйственного изъятия и поражения местных возобновимых ресурсов, включая загрязнение среды и другие формы техногенного угнетения реципиентов, в том числе и ухудшение здоровья людей; T3 _ экологическая техноемкость территории (ЭТТ) - обобщенная характеристика территории, отражающая самовосста- новительный потенциал природной системы и количественно равная максимальной техногенной нагрузке, которую может выдержать и переносить в течение длительного времени совокупность всех реципиентов и экологических систем территории без нарушения их структурных и функциональных свойств.

Критерий (7.2) означает, что совокупная техногенная нагрузка не должна превышать самовосстановительного потенциала природных систем территории.

Величины U и T3 определяются многими факторами; их определение в конкретных случаях представляет сравнительно тривиальную задачу для U и более сложную для Тэ. Обе величины могут быть выражены массой вещества, стандартизованной по опасности (токсичности), а также иметь энергетическое или денежное выражение. При общих модельных оценках предпочтителен энергетический подход.

Степень напряженности экологической обстановки в территории оценивается кратностью превышения ЭТТ:

(7.3)

В зависимости от природы факторов опасности существуют различные градации K3. Обычно При Ki lt; 0,3 обстановка считается благополучной, при Ki «1 или I lt; K3 lt; 2 — критической, при K3 S 10 — крайне опасной.

Для отдельной территории ее экологическая техноемкость T3 объективно равна предельно допустимой техногенной нагрузке (ПДТН). Если последняя устанавливается как некий норматив, то может отличаться от ЭТТ, так как учитывает еще и социальную ценность объектов, испытывающих, нагрузку. Поэтому в определении ПДТН возможен субъективный произвол, зависящий от представлений общества, экспертов или органа, утверждающего норматив, о требованиях к экологической обстановке.

Экологическая техноемкость территории является только частью полной экологической емкости территории. Полная экологическая емкость территории как природного комплекса определяется: I) объемами основных природных резервуаров — воздушного бассейна, совокупности водоемов и водотоков, земельных площадей и запасов почв, биомассы флоры и фауны; 2) мощностью потоков биогеохимического круговорота, обновляющих содержимое этих резервуаров, — скоростью местного массо- и газоообмена, пополнения объемов чистой воды, процессов почвообразования и продуктивностью биоты.

Если трем компонентам среды обитания — воздуху, воде и земле (включая биоту экосистем и совокупность реципиентов) приписать соответственно индексы I, 2 и 3, то ЭТТ может быть приближенно вычислена по формуле:

(7.4)

Здесь T3 — оценка ЭТТ, выраженная в единицах массовой техногенной нагрузки, усл.т/год;

E1 — оценка экологической емкости /-й среды, т/год;

Xi - коэффициент вариации для естественных колебаний содержания основной субстанции в среде;

— коэффициент перевода массы в условные тонны (коэффициент относительной опасности примесей, усл.т/т.

Экологическая емкость каждого из трех компонентов среды рассчитывается по формуле:

E = V-C-F,              (7.5)

где V — экстенсивный параметр, определяемый размером территории, площадь или объем (км2, км3);

С — содержание главных экологически значимых субстанций в данной среде (т/км2, т/км3); например СО2 в воздухе или плотность распределения биомассы на поверхности земли;

F — скорость кретного обновления объема или массы среда (год-1).

Безопасность экосистемы определяется близостью ее состояния к границам устойчивости. Ключевыми требованиями в этом смысле являются: сохранение размера и биомассы экосистемы, постоянство видового (популяционного) состава и численных соотношений между видами и функциональными группами организмов. От этого зависит стабильность трофических связей, внутренних взаимодействий между структурными компонентами экосистемы и ее продуктивность.

Критерием безопасности (устойчивости) отдельной популяции в составе экосистемы может служить выражение Sr lt; Ir, где г — репродуктивный потенциал, a Sr — дисперсия его отклонений от среднего уровня. При Sr gt; 2г резко возрастает вероятность деградации и вымирания популяции.

Для большинства наземных естественных сообществ показатель разнообразия видового состава по Симпсону имеет значения D = 0,7-0,9 и более (по Шеннону H gt; 3). Низкое разнообразие на уровне D = 0,05—0,2 наблюдается в посевах монокультур или в сильно деградированных природных сообществах, когда остается практически один наиболее устойчивый доминантный вид. • Средние значения показателя Симпсона (Z) = 0,2 — 0,7) свидетельствуют о неустойчивости сообщества. Изменение показателя биоразнообразия более чем на 5% свидетельствует уже о наличии чрезмерных внешних нагрузок на экосистему, а более чем на 50% — о чрезвычайно опасном уровне внешнего воздействия.

Максимальное значение функции благополучия экосистемы соответствует вершине диаграммы выживания и оптимальному сочетанию факторов внешней среды. Вблизи вершины диаграммы выживания существует область нормального функционирования системы, определяемая на биоинтервале фактора пределами допустимости отклонения от нормы.

Степень антропогенного воздействия рА на структуру сообщества можно определить по формуле:

(7.6)

S~

тле S - площадь участка, занимаемого элементарным сообществом данной территории;

Ф(я) — функция благополучия сообщества этого участка;

S - площадь территории.

Значения рА в пределах от 0 до 0,3 соответствуют допустимым воздействиям, от 0,3 до 0,5 — свидетельствуют об опасности, при более 0,5 — чрезмерно опасны.

Если в качестве показателей отклонения экосистемы от оптимального состояния ввести обозначения s = I -Dvlz= I — Ф, то общей характеристикой степени воздействия (безотносительно к площади и времени воздействия) является нормированный модуль:

(7.7)

Общий вид зависимости рА(Х) приведен на рис. 7.8. Могут быть выделены четыре уровня антропогенных нагрузок на экосистему. В области X lt; Xq (зона I) влияние практически отсутствует. При Xo lt; X lt; Xe (зона II) благополучие сообщества несколько снижается, но еще не теряет устойчивости и способно к самовосстановлению. При Xe lt; X lt; Xc (зона III) экосистема теряет устойчивость, деградирует, может быть заменена другим сообществом, а при Хgt; Xc (зона IV) происходит гибель экосистемы

Рис.7.8. Зависимость стсисии ан gt;роиш «иного воздействия рА от уромм мпрошисямых нагрузок X

Экологическая безопасность человека. Для измерения степени экологической безопасности человека может быть использована функция здоровья Н, являющаяся векторной величиной вида:

(7.8)

где ц, (/) — возрастные коэффициенты заболеваемости и смертности;

T - средняя продолжительность жижи;

T\ f) — ожидаемая продолжительность жизни в возрасте t,

Fm(fy — коэффициент рождаемости в возрасте t (различаемый по полу т); частоты генетически обусловленных болезней

(/' — категория болезни) по поколениям — к и другие показатели, характеризующие здоровье.

Техногенные воздействия на качество среды и состояние человека изменяют все эти величины и функцию здоровья в целом.

Степень ухудшения качества среды, доходящая до критических значений, в основном оценивается по нормированной сумме кратностей превышения нормативных лимитов общей загрязненности воздуха Ku воды K2 и продуктов питания Кз химическими веществами и радионуклидами:

(7.9)

где Kp - суммарная кратность превышения нормативно допустимой общей загрязненности среды обитания людей;

а,              — весовые коэффициенты, определяющие сравнительное значение каждого из слагаемых в зависимости от природно-климатических и социально-экономических особенностей территории. Минимальное значение а; не может быть меньше I.

Kp и Ki называют коэффициентами концентрации загрязнения (ККЗ). Практика показывает, что за исключением аварийных выбросов особо опасных веществ в атмосферу при неблагоприятных метеоусловиях, наибольший вклад в формирование отрицательных последствий загрязнения среды для населения приходится на питьевую воду и продукты питания.

В тех случаях, когда связь между загрязнением среды и заболеваемостью прослеживается во времени, их зависимость может быть выражена как              '

(7.10)

где x,f - параметры логнормального распределения;

Фо — функция Лапласа.

Обработка большого массива данных медицинской статистики и экологического мониторинга для разных городов и районов России,, включая зоны разной степени экологического поражения, позволила установить закономерность влияния загрязненности среды на общую заболеваемость (рис. 7.9). Кривая соответствует эмпирическому уравнению:

(7.11)

где Р/Рф — отношение между общей заболеваемостью и фоновой заболеваемостью при отсутствии экопатологии;

Pm — условная максимальная заболеваемость, соответствующая крайней экоэпидемиологической ситуации (100%-ная заболеваемость из-за загрязнения среды); К — общая загрязненность среды (Kp); ауЬ — параметры логистической функции.

Рис. 7.9. Зависимость превышения региональной фоновой заболеваемости населения от превышения нормативной загрязненности среды:

P - общая заболеваемость, не содержащая элементов экопатологии; Z - общая загрязненность среды - сумма кратностей превышения ПДК. Обозначены координаты (х, у) - точки достоверного расхождения графиков, при котором прирост заболеваемости за счет экопатологии становится статистически значимым

Для представленной на рис. 7.9 кривой Рф = 0,6, Pm = 3, а = 2,5; b = 0,5. Критерием безопасности и нормирования загрязнения может служить то минимальное значение Kp, при котором прирост заболеваемости за счет экопатологии становится статистически значимым, т.е. расхождение 1рафиков Р/Рф(Кр) и Рф(Кр) с их доверительными интервалами делается достоверным. Обращает на себя внимание большое сходство кривых, относящихся к состоянию экосистемы и к состоянию здоровья человека (см. рис. 7.8 и 7.9).

Кроме приведенных медико-биологических оценок безопасности и экологического риска существуют технические критерии безопасности, выработанные на основе статистики тяжелых технических аварий. Их количественное определение основано на методе двумерных диаграмм «частота — последствия» и на использовании пространственно-временной функции риска, которая характеризует поле риска вокруг технического источника.