Антропогенные изменения атмосферы, почв, вод, климата

Возрастающая индустриализация, концентрация производств в крупных городах приводят не только к значительному повышению предельно допустимых концентраций химических веществ в атмосфере, почве, воде, но и появлению, а затем по мере развития промышленности всё к большему усилению воздействия на жителей этих городов многих других факторов: выхлопов автомобильного транспорта, электромагнитных полей, ионизирующих и неионизирующих излучений (микроволновое, ультрафиолетовое, инфракрасное и др.), радона, шума, пыли, возбудителей инфекционных и паразитарных болезней, психоэмоциональных стрессов и т. д. При этом возможны аддитивный (суммарный), субаддитивный (частично суммирующийся) или модифицирующий (частично снижающий патогенное действие другого фактора) эффекты.

Комплексное воздействие разнообразных факторов оказывает выраженное отрицательное воздействие на здоровье человека. При этом степень поражения органов и систем и особенности патологии зависят от комплекса действующих патогенных факторов, длительности их воздействия, генетических особенностей человека, особенностей питания, факторов риска жилой среды, включая бытовые аллергены (домашняя пыль, микроклещи и др.), бактериального и микологического загрязнения жилых и рабочих помещений, магазинов, больниц и т.д., состава строительных материалов (бетона, кирпича, бетонных плит и др.), которые иногда изготовляются с применением различных химических добавок - промышленных отходов.

Установлено, что во всех случаях страдают неспецифическая резистентность и иммунная система. Наиболее часто поражаются органы дыхания, сердечно-сосудистая и нервная системы; развиваются аллергические и аутоиммунные заболевания; возникают вначале функциональные отклонения, а затем патологические изменения в системе кроветворения, цитохимических показателях. Снижение иммунного статуса является одной из важнейших причин роста неспецифической и инфекционной заболеваемости в промышленно развитых городах или зонах с высокими уровнями загрязнения окружающей среды токсическими отходами промышленности и другими химическими и физическими антропогенными факторами [109,110,111,220]. Другими факторами являются: генетическая трансформация бактерий, как патогенных, так и сапрофитических, с приобретением ими новых качеств; стрессы, аллергические реакции, следствием которых являются развитие глюкокортикоидной недостаточности и снижение неспецифической резистентности; и т. д. Исследования, проведённые в конце 80-х гг. этого столетия, показали, что в крупных промышленных городах России заболеваемость аллергией среди детей составила от 128 до 295 случаев на 1000, в то время как в контрольном районе - экологически более благоприятном - всего 39 случаев на 1000. Установлена чёткая зависимость между степенью загрязнения атмосферного воздуха химическими веществами и снижением иммунологических показателей у детей [188]. Сравнительное изучение влияния разных производств (химико-фармацевтического, нефтеперерабатывающего заводов и завода кормового белка) на здоровье рабочих показало, что особенно неблагоприятное влияние на возникновение аллергических и бронхолёгочных заболеваний оказало предприятие по производству антибиотиков [189].

Загрязнение атмосферного воздуха влечёт за собой многочисленные отрицательные последствия: снижаются урожаи, ухудшается качество сельскохозяйственной продукции, гибнут леса, нарушается экология пресноводных и морских бассейнов, разрушаются строения и т.д. И, конечно, ухудшается здоровье человека.

В настоящее время человечество ежегодно сжигает более 4 млрд. тонн бурого и каменного угля, более 3,5 млрд. тонн нефти и нефтепродуктов, триллионы кубометров газа, в огромных количествах - горючие сланцы, торф, дрова [92]. В 1924 г. В.И.Вернадский предсказал, что сжигание огромного количества различных топлив должно повлиять на состав атмосферы Земли. И хотя в то время никто не обратил внимания на это предупреждение, последующие события показали правоту этого предсказания.

Изменение атмосферного воздуха происходит также под влиянием множества других антропогенных факторов: прямого и опосредованного ингибирования (подавления активности ферментов) фотосинтетической деятельности водорослей и фитопланктона вследствие воздействия поверхностно-активных веществ (ПАВ), тяжелых металлов, закисления открытых водоемов, действия пестицидов и других токсических ксенобиотиков; хищнического уничтожения лесов и их гибели вследствие огромного множества лесных пожаров из-за халатной неосторожности с огнем; неуклонного роста городов и других причин. Возникновению парникового эффекта способствуют также промышленные и транспортные выбросы в атмосферу метана, окиси углерода, хлорфторуглеводородов (фреонов) [93].

Многочисленными исследованиями доказаны эмбриотоксический, тератогенный, мутагенный и канцерогенный эффекты многих химических веществ, поступающих в атмосферу промышленных районов. Одним из наиболее распространенных мутагенов и канцерогенов является бензапирен. Рассчитано, что при вдыхании атмосферного воздуха, содержащего бензапирен в концентрации 1 ПДК (предельно допустимая концентрация) можно ожидать возникновение опухолей дыхательных путей за 70 лет дополнительно у 9 тыс. человек на 1 млн. населения. В сравнении с этим при суммарной дозе радиации 35 бэр за те же 70 лет прогнозируется от 1000 до 10000 дополнительных случаев всех видов рака на 1 млн. населения. Комментируя эти расчеты, Е.Антипенко и Н.Когут [112] сообщают, что во многих городах Украины содержание бензапирена в воздухе превышает ПДК в несколько раз, а в Мариуполе и Запорожье среднегодовое содержание бензапирена находится на уровне 10 ПДК. В этих городах особенно высоки среднегодовые частоты самопроизвольных абортов, врождённых пороков развития, в том числе множественных, вклад мутаций в возникновение которых составляет не менее 40% . В этих городах зарегистрированы особенно высокие показатели выбросов промышленными предприятиями различных химических веществ, обладающих мутагенной активностью.

Следствием проникновения повышенных концентраций вредных веществ через органы дыхания является рост лёгочной патологии, в том числе редких раньше форм - альвеолитов, грануломатозов, интерстициальных фиброзов. Увеличилось число больных бронхиальной астмой - одной из наиболее тяжелых форм аллергии. Рак лёгкого вышел на 1-е место среди онкологических заболеваний у мужчин. Если четверть века назад проблема аллергии рассматривалась исключительно с позиции индивидуальных особенностей реактивности организма, то в последующий период она стала социальной проблемой, что обусловлено сенсибилизирующим характером многих ксенобиотиков, в том числе поступающих в организм человека как с воздухом, так с пищей и водой [218].

Мировой автопарк ещё к середине 80-х годов выбрасывал ежегодно в атмосферу более 250 млн. тонн вредных веществ, среди них бензапирен, свинец, окись углерода, диоксид серы и др. Бензапирен обладает канцерогенным эффектом и способностью накапливаться (кумулировать) в организме человека и животных. В некоторых городах концентрация бензапирена, выбрасываемого с отработанными автотранспортом газами, во много раз превышает ПДК. Так, в жилых массивах г.Усть-Каменогорска она достигает 5-15 ПДК . Концентрация соединений свинца, связанная с выбросами автотранспорта, превышает ПДК в 10 раз, а суммарно с выбросами промышленных предприятий - в 30 раз [113]. Вклад автотранспорта в загрязнение атмосферы Москвы в середине 80- годов составлял 69% [114]; в настоящее время в связи с резким ростом автомобильного транспорта он достиг еще более высокого уровня.

Рост автомобилизации, ухудшение состояния воздушной среды, особенно городов, конкуренция на мировом автомобильном рынке обусловили введение нормирования вредных веществ в автомобильных выбросах. Однако продолжающийся рост мирового автомобильного парка и нарушения указанных нормативов в целом не улучшили ситуацию по этим показателям.

Вследствие дальнейшего развития промышленности, транспорта, увеличения численности населения содержание углекислого газа и других названных выше газов в атмосфере непрерывно возрастает. Так, с 1956 по 1993 гг. содержание углекислого газа в атмосфере Земли возросло на 30%: с 0,028% до 0,036% [92]. По мнению специалистов, для стабилизации углекислого газа на существующем уровне потребуется сокращение его выбросов во всём мире на 70%, причем это необходимо осуществить в короткий срок [94,95].

Проблема гибели лесов стала привлекать особое внимание лишь в последние десятилетия, особенно с 60-х гг. ХХ в., когда началось ускоряющееся уничтожение тропических лесов Африки, Южной Америки. Ежегодно уничтожается около 157000 км² тропических лесов, что по площади в 5 раз превышает территорию Бельгии. Считают, что к настоящему времени от первобытных тропических лесов Африки осталось не более 20%, Австралии - 25% . Чрезвычайно активно идёт планомерное уничтожение лесов Южной Америки, усиливаются темпы уничтожения лесов Юго-Восточной Азии, Дальнего Востока, Карелии. Процессу уничтожения лесов способствуют также лесные пожары, число которых всё более возрастает. Одной из важнейших причин последних является неаккуратное обращение с огнем. Уничтожение лесов усиливает экологическую дезинтеграцию биосферы Земли, вследствие чего возрастает вероятность и сила природных катастроф, а почвы становятся бесплодными. На голод обрекаются целые народы. Быстро исчезают многие виды растений и животных [140].

За последние 200 лет, с момента прихода европейцев в Австралию, погибли свыше 41 млн. га тропических лесов, исчезли 18 видов животных, 40 видов находятся под угрозой исчезновения. Неимоверно увеличилось количество завезенных в Австралию кроликов. Все более, со скоростью 27 км в год расширяется ареал камышовой жабы, не имеющей врагов в природе, отличающейся прожорливостью и поедающей лягушек всех других видов [141].

Многочисленные исследования показали, что на человека могут оказывать отрицательное влияние образованные антропогенными источниками электромагнитные поля (ЭМП) сверхвысокой (СВЧ), высокой (ВЧ) и промышленной частот (ПЧ), что нашло подтверждение в опытах на экспериментальных животных. Установлено, что неполовозрелые животные обладают большей чувствительностью к ЭМП СВЧ и ПЧ, чем половозрелые. Отмечено снижение работоспособности, усиление функции щитовидной железы, угнетение углеводного обмена [206]. При воздействии ЭМП ВЧ-диапзона прерывистого характера возникают цитогенетические изменения в соматических клетках подопытных крыс [207]. Микроволновое облучение при длительном прерывистом воздействии вызывает угнетение высшей нервной деятельности, факторов неспецифического защиты, способствует развитию аутоиммунных реакций [208,219]. Экспериментально доказано, что электрическое поле меньшей напряжённости, но сочетанное с отрицательно заряженными аэроионами оказывало более выраженное воздействие на организм подопытных животных (крыс), чем электрическое поле большей напряженности, но без аэроионизации. Эти изменения сохраняются в течение одного месяца и оказывают отрицательное влияние на развитие плода и родившегося потомства, особенно от родителей, подвергавшихся воздействию отрицательно заряженных аэроионов [222].

В связи с повсеместной химизацией практически во всех отраслях промышленности, транспорта, сельского хозяйства и сферы быта в последнее время всё больше внимания стала привлекать проблема экзогенных токсических воздействий малой интенсивности. Применительно к современным условиям технократии понятие "низкие концентрации" включает концентрации, близкие к предельно допустимым. Воздействуя на организм человека или животного длительно и, как правило, в комплексе с другими химическими соединениями, они способны вызывать разнообразные функциональные, биохимические, иммунологические и прочие эффекты. В частности, длительное воздействие на человека “низких концентраций” металлов (свинца, ртути, марганца и др.) можно рассматривать как стрессовое, вызывающее напряжение адаптационных процессов, а в последующем их истощение и срыв. Так, установлено снижение резервных возможностей системы гипоталамус-гипофиз-кора надпочечников у лиц, контактирующих с малыми концентрациями свинца, ртути, марганца или других металлов. Возникают изменения в функциях щитовидной железы. Повреждается лизосомальный аппарат клеток, возникают сдвиги показателей перекисного окисления липидов и, как следствие этого, нарушается функция клеточных мембран [115]. Низкие концентрации потенциально токсических веществ оказывают кардиотоксическое действие [116,117].

Длительное напряжение адаптационных и компенсаторных механизмов в условиях хронического стресса может привести к истощению. Переходную (латентную, или мнимого благополучия) фазу между адаптацией и срывом, являющуюся фактически фазой постепенного исчерпания приспособительных возможностей организма, принято называть "привыканием к яду". Экспериментально показано, что антропогенные факторы окружающей среды малой интенсивности при длительном воздействии могут быть факторами преждевременного старения и опосредованно через иммунную систему оказывать канцерогенный эффект, усиливающийся при одновременном воздействии химических канцерогенов [118].

11.2.2.1. Загрязнение почвы металлами

Большую опасность для здоровья биосферы Земли и человека представляют металлы медь, цинк, кадмий, никель, хром, свинец и др. В больших количествах они попадают в почву и воды с неочищенными или плохо очищенными промышленными стоками. Попадая со сточными водами на земледельческие поля орошения (ЗПО), они практически не удаляются из неё с урожаем. Лишь 0,5% от количества этих шести металлов, накопившихся в почве, будет использовано растениями через 20 лет постоянной сельхозобработки. Фактически они задерживаются в ней на тысячелетия [119]. Они накапливаются в возделываемых культурах и по пищевым цепочкам передаются сельскохозяйственным животным и человеку.

Никель, медь, кадмий, свинец, метилртуть, марганец и многие другие металлы как самостоятельно (но как правило, в больших дозах), так и особенно в комплексе с другими ксенобиотиками оказывают эмбриотоксический и тератогенный эффекты. Важно отметить, что веществами, усиливающими тератогенное и эмбриотоксическое действие ксенобиотиков, являются широко используемые в быту алкогольные напитки (этанол), избыток витамина А, ацетилсалициловая кислота [120].

Тяжёлые металлы оказывают и ряд других отрицательных эффектов на здоровье человека и животных. Следствием длительного отравления свинцом является повышенная частота заболеваний нервной системы, снижение интеллекта. Необходимо заметить, что дети вследствие более высокой интенсивности метаболических процессов и недоразвития центральной нервной системы (развитие ее завершается лишь к 8-летнему возрасту) более чувствительны к свинцу, чем взрослые. Алюминий в дозах 5 мг/л или выше, длительно поступающий в организм детей с питьевой водой, снижает интеллект, способствует возникновению анемий, циститов, дерматозов и других болезней. Никель в концентрациях, в 10 и более раз превышающих ПДК, вызывает нарушения липидного и электролитного обменов, изменения биохимического состава соединительной ткани аорты, свидетельствующие об ускоренном формировании атероматоза [121,122, 123].

Большую опасность для биосферы и здоровья человека представляет ртуть.

Как известно, большая часть ртути в окружающей среде - природного происхождения. Фоновые уровни естественно встречающейся в окружающей среде ртути повышаются вблизи мест горных разработок и хлорщелочных заводов, где осуществляется промышленное извлечение ртути. Доказано, что обитающие в донных осадках, а также почвенные микроорганизмы способны метилировать ртуть [124,125]. В продуктах морей и рек (рыбе, раках, крабах, моллюсках, креветках и др.), вследствие способности водных животных накапливать метилртуть в организме, её содержание может намного превышать допустимые нормы. Чрезвычайно загрязнены ртутью воды Северного и Балтийского морей, Великих озёр в Канаде. В тканях обитающих в них рыб и млекопитающих зарегистрированы высокие концентрации ртути.

По материалам ФАО/ВОЗ, допустимое ежедневное поступление метилртути в организм человека равняется 0,03 мкг. Эта норма может быть намного превышена при систематическом употреблении в пищу рыб и раков, например, выловленных в р.Дунай. В их тканях содержится метилртути до 0,3-1,3 мг/кг; подобная ситуация имеет место и в некоторых других странах - США, Швеции, Финляндии и др., где вблизи хлорщелочных заводов содержание ртути в рыбах достигает 1,9 мг/кг сухой массы. У обитающих в этих же местностях птиц количество метилртути было 2,4-37,0 мг/кг сухой массы печени, а у млекопитающих - 3,8-15 мг/кг (печень) [126,127].

Ртуть может поступать в окружающую среду с ртутьсодержащими фунгицидами (например, дильдрин). Berg и соавт.[128] провели анализ перьев птиц Швеции. За период с 1840 по 1940 гг. Уровень ртути в них сохранялся примерно постоянным. Однако в 40-50-е гг. ХХ столетия отмечено хорошо документированное увеличение её содержания в перьях птиц (в 10-20 раз), что связывают с использование ртутьсодержащих фунгицидов для протравливания зерна.

Метилртуть явилась причиной “болезни Минамата” у членов семей рыбаков г.Минамата (о.Кюсю). Клиника болезни напоминает церебральный паралич. У новорожденных заболевание проявляется спастическим параличом, слепотой и сопровождается отсталостью в умственном развитии. Болезнь встречается также и в ряде других стран Азии, Африки.

Ртуть оказывает также канцерогенное, эмбриотоксическое, тератогенное, нейротоксическое, кардиотоксическое, гепатотоксическое, иммуносупрессирующее и другие действия на организм человека и животных.

Ещё в начале 80-х годов этого столетия мировой антропогенный выброс серы составлял около 113 млн. тонн в год, из них 95% приходились на сернистый газ. Оценки выбросов окислов азота колеблятся в пределах 40-90 млн. тонн в год. С дождями, снегом, туманами оседает 75% двуокиси серы, а 25% - за счет "сухого" оседания. Возможен перенос атмосферных загрязнений на несколько тысяч километров, что затрудняет идентификацию их источников. В результате кислотных осадков в начале 80-х годов ХХ века в Канаде 50% озёр были подвержены закислению или уже закислены, в 10% рек исчез лосось, в Швеции из 90 тыс. озёр 18 тыс. были закислены, а в Норвегии - половина всех озёр [130]. В закисленных озёрах не водится рыба, а рыбу, которая обитает в подкисленной воде, нельзя употреблять в пищу из-за высокого содержания в ней металлов.

В условиях антропогенных воздействий происходит ускоренное эвтрофирование озёр, т.е. их быстрое постарение и гибель, в 100-1000 раз превышающее естественные сроки [131].

К негативным последствиям антропогенных воздействий на почву, в том числе кислотных осадков и металлов, относятся изменения основных групп почвенного микробиоценоза (почвенных грибов, сапрофитных бактерий). Считаются существенными изменения их более чем на 50% и снижение биологической активности почвы, в частности азотфиксирующей её функции, более чем на 25% . Кислая почва и высокие концентрации никеля или меди стимулируют рост грибов и угнетают рост сапрофитных бактерий и азотфиксирующую функцию почвы с превышением в несколько раз предельных значений нормальных колебаний этих показателей [132]. Почвенные грибы - Penicillium pfefferianum, P.canescens, Botrytis cinerea Persoon, B.bassiana Balsamo - оказались значительно более устойчивыми к дизельному топливу, чем почвенные бактерии [133]. B.bassiana и B.cinerea проявили устойчивость даже к очень высоким концентрациям нитратов (20 г/л) и фосфатов (65 г/л), которые в природных условиях создают катастрофическую ситуцию. При относительно низкой (0,2 г/л) или умеренной (2,0 г/л) концентрациях нитратов условия для роста почвенных грибов даже улучшались [134]. Эти грибы обладают фитопатогенными и условно-патогенными свойствами, проявляют хорошую жизнеспособность в морской и речной воде, загрязненной нитратами, в связи с чем могут быть причиной распространения с водой грибковых болезней растений - фитомикозов.

Грибы утилизируют металлы и их соли, включая их в свои обменные процессы, а повышенное содержание некоторых металлов - никеля, меди, мышьяка, возможно, и других - стимулирует рост грибов.

Столь высокая устойчивость грибов к “катастрофическим условиям внешней среды”, по Л.В.Алтону [134], в частности, к закисленной почве, высоким концентрациям металлов и даже более активный их рост в этих условиях - свидетельство их генетического своеобразия. История развития Земли, в частности длительное её пребывание в спиральном галактическом рукаве Стрельца (см. раздел 6), позволяют высказать предположение, что не только синезелёные водоросли, но и грибы обитали в раннем архее и сумели пережить те особые условия пребывания в рукаве Стрельца. Именно этим и обусловлена их устойчивость “к катастрофическим условиям внешней cреды”, и именно поэтому они должны обладать также и высокой устойчивостью к радиации.

Аналогичное рассуждение может быть отнесено и к бактериям, хотя по ряду параметров отношения к металлам они отличаются от грибов.

В конце 70-х - начале 80-х годов ХХ в. появилась масса публикаций об обнаружении у бактерий резистентности к тяжелым металлам и их солям: ртути и ртутьсодержащим органическим соединениям, мышьяку, кадмию, цинку, меди, никелю, сурьме, серебру, висмуту, брому, кобальту, теллурию и др. Исследования показали, что резистентность бактерий к металлам и их солям обусловлена R-плазмидами, и что она повышается в сотни и тысячи раз. С помощью конъюгативных R-плазмид она может передаваться на другие бактериальные клетки, в том числе других видов.

В отличие от грибов бактерии, обладающие резистентностью к тем или иным металлам, их инактивируют (детоксицируют) или блокируют аккумуляцию, т. е. отторгают металлы и их соединения.

При достаточной лапидарности процесса антропогенной трансформации биосферы бактериальная микрофлора с помощью R-плазмид и их соответствующих детерминант смогла бы справиться с нарастающими загрязнениями окружающей среды, как говорится, "наличными средствами". Однако в случае резкого, катастрофического ее ухудшения, очевидно, могут быть включены дополнительные механизмы, возможно, пока неизвестные. В противном случае растительный и животный мир будет всё более оскудевать на фоне нарастающего количества грибов, которые в случае гибели растительного мира Земли, по-видимому, в конце концов покроют всю её поверхность, заполонив сушу и воды. К такому итогу наша планета может придти, если не предпринять срочные и кардинальные меры по защите её биосферы от факторов антропогенной трансформации.

Подобный процесс уже происходил на Земле, когда Солнечная система вошла в рукав Стрельца и подверглась воздействию особой среды обитания в нем.

Таким образом, одно из царств живых организмов - низшие эукариоты - грибы, сочетающие в себе признаки как растений (неподвижность, неограниченность верхушечного роста, наличие клеточных стенок и др.), так и животных (гетеротрофный тип питания, структура цитохромов и др.), обладают наибольшей адаптивной способностью к окружающей среде среди всех других белковых организмов - обитателей биосферы Земли. Грибы оказались наиболее устойчивыми к ксенобиотикам и другим антропогенным, природным и, видимо, космическим факторам окружающей среды. В связи с этим какие-либо надежды на подчинение их воле человека абсолютно беспочвенны и невыполнимы, так как противоречат биологической сущности этих эукариот. Можно лишь подавить их развитие в поражённом микозом организме человека, животного или растения и то далеко не во всех случаях. В связи с этим нельзя позволить, чтобы грибы на фоне антиприродной деятельности человека постепенно, шаг за шагом отвоёвывали жизненные пространства у других представителей растительного и животного царств биосферы Земли. Это обстоятельство так же, как и многие другие, настоятельно требует от человечества навести порядок в своем общении с Природой. Н.Ф.Реймерс в своём труде - своего рода завещании человечеству, ибо он был опубликован уже после смерти автора, писал: "Всегда что-то происходит за счёт чего-то. И нужно думать и считать, что получаем и что теряем. Считать и снова думать. Иначе нить Ариадны оборвется и не приведет к благополучию" [108].