Экологическая безопасность

Рассмотренные выше примеры антропогенных воздействий и экологических поражений - от локальных техногенных катастроф до глобального экологического кризиса - свидетельствует о том, что современное состояние системы экосферы представляет собой значительную опасность для всего человечества, биосферы и техносферы Земли. За короткий исторический срок хозяйственная деятельность человека дестабилизировала всю систему, вызвав глобальный экологический кризис. В силу существующих в системе внутренних связей эта дестабилизация ударяет по самому человеку (эффект бумеранга). Наступил момент, когда на человека воздействует измененная им природа. Эта опасность тем реальнее, чем выше численность и технико-экономический потенциал человечества. Это - «экологическая опасность» (Реймерс, 1992). Для того, чтобы противостоять экологической опасности, необходимо развивать новые формы взаимодействия общества и природы. Возникает комплексная эколого-экономическая, научно-техническая и правовая проблема - обеспечение экологической безопасности.

Существует «Концепция экологической безопасности РФ», утвержденная -Минприроды России в 1994 г. Однако теоретические основы экобезопасности находятся пока в стадии разработки. Само понятие «экологическая безопасность» трактуется различным образом. Основываясь на общем определении понятия «безопасность», установленном Законом РФ «О безопасности» (1992 г.), предлагается следующее определение: «экологическая безопасность - состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества и государства в процессе взаимодействия общества и природы от реальных или потенциальных угроз, создаваемых антропогенным или естественным воздействием на окружающую среду». Оно может быть сведено к краткой формуле: «состояние защищенности от опасности». Но так же, как защита не исчерпывает защищенности, так и состояние защищенности не исчерпывает безопасность.

Безопасность сложной системы определяется не столько субъектами защиты или факторами внешней защищенности, сколько внутренними свойствами - устойчивостью, надежностью, способностью к авторегуляции. 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.

Критерии экологическая безопасности. Научная литература, различные рекомендательные и нормативные документы содержат множество частных критериев экологической безопасности. При этом часто невозможно судить, по какому из этих критериев можно вынести окончательное суждение о безопасности того или иного объекта. Поэтому возникает необходимость разработки и использования небольшого числа основных или интегральных критериев безопасности и получения на их основе обобщенной оценки состояния объектов различного уровня - от экосферы в целом до индивидуума, отдельного человека.

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

Безопасность территориальных комплексов. Оценка безопасности территориального природно-социального комплекса (природно-технической геосистемы) основана на соизмерении природных и техногенных (производственных) потенциалов территории (Акимова, Хаскин, 1994). Введем основной критерий безопасности и связанные с ним понятия:

U £ T_э(7.1)

где U - природоемкость производственного комплекса 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;

Т_э - экологическая техноемкость территории (ЭТТ) - обобщенная характеристика территории, отражающая самовосстановительный 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 U £ T_э отвечает экологическому императиву и означает, что совокупная техногенная нагрузка не должна превышать самовосстановительного потенциала природных систем территории. Критерий лежит в основе экологической регламентации хозяйственной деятельности. Величины U и T_э зависят от многих факторов; их определение в конкретных? случаях представляет сравнительно легко решимую задачу для U и более сложную для T_э.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, который позволяет соизмерять объемы технической и биологической энергетики в рассматриваемом природно-хозяйственном комплексе (Акимова, Хаскин, 1994).

Для отдельной территории ее экологическая техноемкость T_э объективно равна предельно допустимой техногенной нагрузке (ПДТН). Если последняя берется как некий норматив, то может отличаться от ЭТТ, так как учитывает еще и социальную ценность объектов, испытывающих нагрузку. Поэтому в определении ПДТН возможен произвол, зависящий от представлений общества, экспертов или органа, утверждающего норматив, о требованиях к экологической обстановке. Диапазон представлений может быть очень широким, если сравнивать, например, позиции активистов «Гринпис» и технократов ВПК.

Экологическая техноемкость территории является только частью полной экологической емкости территории. Последняя определяется:

а) объемами основных природных резервуаров - воздушного бассейна, совокупности водоемов и водотоков, земельных площадей и запасов почв, биомассы флоры и фауны;

б) мощностью потоков биогеохимического круговорота, обновляющих содержимое этих резервуаров, - скоростью местного массо- и газообмена, 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 1, 2 и 3, то ЭТТ может быть приближенно вычислена по формуле:

(7.2)

где T_э - оценка ЭТТ, выраженная в единицах массовой техногенной нагрузки (усл.т/год);

Е_i - оценка экологической емкости i-ой среды (т/год);

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

t_i - коэффициент перевода массы в условные тонны (коэффициент относительной опасности примесей - усл.т/т). Экологическая емкость каждого из трех компонентов среды рассчитывается по формуле:

Е = VCF,

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 кратного обновления объема или массы среды (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 s_r £ 2г, где г - репродуктивный потенциал, a s_r - дисперсия его отклонений от среднего уровня. При s_r > 2r 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. 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 (D = 0,2 - 0,7) свидетельствуют о неустойчивости сообщества. Изменение показателя биоразнообразия более чем на 5% уже свидетельствует о наличии чрезмерных внешних нагрузок на экосистему, а более чем на 50% - о чрезвычайно опасном уровне внешнего воздействия.

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

(7.3)

где m_i(t) - возрастные коэффициенты заболеваемости и смертности;

Т - средняя продолжительность жизни;

T(t) - ожидаемая продолжительность жизни в возрасте t;

F_m{t) - коэффициент рождаемости в возрасте t (различаемый по полу т);

П_j(k) - частоты генетически обусловленных болезней (j - категория болезни) по поколениям k и другие показатели, характеризующие здоровье (Быков, Мурзин, 1997).

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

Степень ухудшения качества среды обитания, доходящая до критических значений, в основном оценивается по нормированной сумме кратностей превышения нормативных лимитов общей загрязненности воздуха (K₁), воды (K₂) и продуктов питания (K₃) химическими веществами и радионуклидами:

(7.4)

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

a_i - 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 1.

K_p и K_i 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 приходится на питьевую воду и продукты питания. В общем случае каждый из показателей K_i определяется как

(7.6)

где T_j - средний индекс вредности j-го компонента загрязнения в данной среде;

Т,= 1/C_j ⁿ ; C_j ⁿ - его ПДК в среде, нормированная относительно ПДК какого-нибудь распространенного загрязнителя;

C_j ^f - фактическая концентрация j-го компонента в данной среде;

f - коэффициент, зависящий от специфики распространения поллютантов в данной среде

Рис. 7.1. Зависимость превышения региональной фоновой заболеваемости населения от превышения нормативной загрязненности среды

Р - общая заболеваемость; Р_ф - фоновая заболеваемость, не содержащая элементов экопатологии; К_р - 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

При К ³ 1 загрязненность данной среды считается критической (превышение ПДК). В еще большей мере это относится к сумме превышений в разных средах – К_р, так как при К_р >1 резко возрастает риск экологического поражения. Риск, т.е. вероятность поражения, измеряется относительной частотой случаев поражения за определенное время.

Обработка большого массива данных медстатистики 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. 7.1). Кривая соответствует эмпирическому уравнению:

(7.6)

где Р/Р_ф - отношение между общей заболеваемостью и фоновой заболеваемостью при отсутствии экопатологии;

Р_m - условная максимальная заболеваемость, соответствующая крайней экоэпидемиологической ситуации (100% заболеваемость из-за загрязнения среды);

К - общая загрязненность среды (К_р);

а, b - параметры логистической функции.

Критерием безопасности и нормирования загрязнения может служить то минимальное значение К_p, при котором прирост заболеваемости за счет экопатологии становится статистически значимым, т.е. расхождение графиков Р/Р_ф(К_р) и Р_ф(К_р) с их доверительными интервалами делается достоверным.

Кроме приведенных медико-биологических оценок безопасности и экологического риска существуют технические критерии безопасности, выработанные на основе статистики тяжелых техногенных 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.