Ухудшение экологической ситуации в результате ядерной войны Данная работа посвящена актуальной проблеме изучения ухудшения экологической ситуац ии в результате ядерной войны . В работе рассмотрены последствия стрессов для важнейших биологических систем . Собранная информация д емонстрирует крайнюю уязвимость природных экоси с тем для предполагаемых прямых и косвенных воздействий ядерной войны . Работа убеждает , что человечество всей планеты д олжно объединить свои усилия в стремлении любыми способами избежать ядерной войны и того , что за ней может последовать. ВВЕДЕНИЕ В наше в ремя ядерная война пр едставляет собой наиболее серьезную угрозу дл я окружающей среды . Одновременное действие та ких факторов , как понижение температуры и освещенности , уменьшение уровня атмосферных осадк ов , ионизирующая радиация , повышение уровня УФ- излуче н ия , а также поступление в окружающую среду разнообразных отравляющих п родуктов , приведет к резкому нарушению биолог ических сообществ и к снижению на длитель ный период их способности к восстановлению. Существует три возможных глобальных эффек та мирового яде рного конфликта . Первый из них - это “ядерная зима” и “ядерная ночь” , когда температура на всем земном шаре резко упадет на десятки градусов , а освещенность будет меньше , чем безлунной ночью . Жизнь на Земле окажется отрезанной от своего главного энергетич е ского источника - солнечного света . Второе последств ие - радиоактивное загрязнение планеты в резул ьтате разрушения атомных электростанций , хранилищ радиоактивных отходов . И , наконец , третий фактор - глобальный голод . Годы ядерной войны приведут к резкому п а дению сел ьскохозяйственных культур. Сама природа воздействия крупномасштабной ядерной войны на окружающую среду такова , что , как бы и когда бы она ни н ачалась , конечный результат одинаков - глобальная биосферная катастрофа . В середине 70-х годов человечес тво стало , наконец , понимать , что возможные по следствия глобального обмена ядерными ударами могут превзойти любые ожидания . Несмотря на то , что в центре внимания продолжали оставаться хорошо изученные прямые поражающие факторы наземных и воздушных ядерных взрывов , т.е . ударная волна , тепловое из лучение и радиоактивные осадки , ученые стали учитывать возможность глобальных экологических эффектов. Многочисленные ядерные взрывы приведут к тепловому излучению и локальным радиоактивны м осадкам . Весьма серьезными могут быть и косвенные последствия , такие как уничто жение коммуникаций , систем распределения энергии и общественных институтов . И пока сохраня ется опасность такой трагедии для человечеств а , всякое стремление уменьшать или игнорирова ть катастрофическое воз д ействие ядерн ой войны на биосферу сослужит самую плоху ю службу будущему земной цивилизации. 1. ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЭКОСИСТЕМ МОРЕЙ И ЭСТУАРИЕВ ВВЕДЕНИЕ Морские экосистемы покрывают о сновную часть поверхности Земного шара , будуч и в высшей степени разнообразн ыми и протяженными . Их можно сгруппировать в след ующие классы : открытые океанические , включая п оверхностные и глубинные пелагические ; глубинные океанические и бентосные экосистемы континен тального шельфа ; прибрежные морские ; литоральные , в том числе корал л овые рифы ; илистые прибрежные отмели и песчаные пляжи и ,наконец , экосистемы эстуариев . Уязвимость для климатических воздействий рассматривается по отдельности для морских экосистем Северног о полушария , тропиков и Южного океана . В каждом конкретном случае ожидаются различные уровни возможных обусловленных ядерной войной нарушений , чувствительности и способн ости этих экосистем к восстановлению , а та кже различное значение для человека изменений в этих экосистемах после ядерной войны . Прежде всего следует отм етить , что морские экосистемы мы знаем гораздо хуже , чем наземные , причем не только располага ем меньшим количеством данных , но и намног о слабее понимаем основные протекающие в них процессы . На физических условиях в вод ной среде должны сложным образом отра з иться изменения , произошедшие в результа те ядерной войны в атмосфере . Отчасти это объясняется тем , что сдвиги в физическом состоянии крупных водоемов будут опосредован ы и произойдут значительно позже атмосферных возмущений . Существование многих типов морс к их экосистем ограничено освещенность ю , так что ее снижение может отразиться на первичной продукции здесь сильнее , чем в наземных сообществах . Некоторые морские э косистемы лимитируются также наличием биогенных веществ , так что изменения в их цикла х будут и м еть довольно существенн ое значение . Трофическая структура морских эк осистем в типичном случае основана на одн оклеточных растениях с быстрым обновлением ос обей и круговоротом входящих в их состав элементов , причем одни и те же элемен ты часто многократно ре ц иклизируются в пределах одного сообщества продуцентов . Все перечисленные обстоятельства необходимо уч итывать при последующих рассуждениях. УЯЗВИМОСТЬ ЭКОСИСТЕМ ОТКРЫТОГО ОКЕАНА ДЛЯ ВОЗМОЖНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ В данной подглаве рассматриваются посл едствия ядерной войны для пелагических и бентосных экосистем . Первые состоят из планктона и более крупных плавающих животн ых . Океанический фитопланктон дает около 90% все й первичной продукции океана . Лимитирующими ф акторами для него являются свет и биоген ы ; для того чтобы фотосинтез про текал достаточно интенсивно , оба этих фактора должны одновременно присутствовать в одном и том же месте и в соответствующем количестве (рис . 1.2.1). Глубинная пелагическая экосистема полностью гетеротрофна и зависит от приток а пищи извне , большей частью в виде оседа ющего планктона и частиц из приповерхностных пелагических экосистем . Глубинные пелагические сообщества включают различные популяции животн ых , в том числе колониальных простейших , х ищных ракообразных и более крупных позвоночных . Бентосные сообщества также г етеротрофны и покрывают континентальный шельф и дно океанов на большой глубине . Они состоят из бактерий и животных , обитающих на поверхности или в толще донного ила , а в шельфовой зоне также из обширных водорослевы х комплексов , дающих пищ у многочисленным растительноядным организмам и связанным с ними хищниками. Первое важное обстоятельство , касающееся возможного воздействия ядерной войны на экоси стемы открытого океана , - высокая степень их “забуференности” в отношени и перепадов температуры . Хотя и представляется возможным охлаждение морской поверхности на 1-2 С в ходе продолжительных климатических нарушений , выз ванных ядерной войной , однако более значитель ной тепловой реакции открытого океана не предполагается . Лабор а торные эксперименты показывают , что фитопланктон будет продолжат ь расти и при таком понижении температуры (рис . 1.2.2). Лишь в тех местах , где особенн ости поведения животных тонко адаптированы к температурам окружающей среды , могут произой ти определенные и зменения . Таким обр азом , нельзя предполагать никакого непосредственн ого влияния температурных сдвигов ни на б ентосные , ни на пелагические сообщества откры того океана . Однако возможны косвенные воздей ствия , опосредованные изменениями океанических те чений , а также глубины и стабильно сти термоклина. Что же касается освещенности , то она может существенно повлиять на первичную продукцию пелагических экосистем . Фитопланктон вс тречается до глубин , где инсоляция составляет 1-10 % от уровня на поверхности моря . Если она будет снижена на 95% и более в течение нескольких недель , рост большинства видов водорослей приостанавливается , поскольку количество получаемой ими лучистой энергии не достигнет компенсационной точки (т.е . уро вня , при котором фотосинтетическая фиксац и я диоксида углерода как раз достаточ на для компенсации его потерь растительным организмом при дыхании (рис . 1.2.3). При сокращени и освещенности морской поверхности на 95 % свето вая компенсационная точка , в норме соответств ующая нижней границе эуфотической зон ы , переместилась бы почти вплотную к грани це вода /воздух (рис . 1.2.4). Если в пелагиалях Северного полушария биомасса фитопланктона сильно истощится вследс твие острого падения инсоляции , возможно сокр ащение численности питающегося им зоопланктона , а так же молоди рыб , потребляющих зо опланктон . Зато питающиеся фито - и зоопланктон ом беззубые киты , по-видимому , не пострадают от массового вымирания , если популяции план ктона восстановятся в пределах нескольких мес яцев . Если планктонный корм будет утрачен на д о статочно длительное время , мо жет начаться гибель рыб . В экосистемах отк рытого океана у зоопланктона скорее будет наблюдаться тенденция к полному вымиранию от голода - в основном из-за более низкой плотности популяций фитопланктона. Возможное хроническое сн ижение освеще нности на 5-20 % и температуры воздуха на 1 С вряд ли окажет на пелагические экосистемы существенное влияние. С другой стороны , косвенные эффекты , о бусловленные сдвигами в общей циркуляции океа нических вод , могут существенно нарушить прос транс твенное распределение зон апвеллинга и следовательно , высокой продуктивности . Наруше ния океанических течений могут продолжаться д овольно долго , влияя на промысел в течение или даже десятилетий. Для бентосных экосистем , значительно удал енных от материко в , последствия климатиче ских возмущений будут минимальны . Влияние зде сь будет ограничено опосредованными эффектами , связанными с изменением продуктивности пелагич еских экосистем. УЯЗВИМОСТЬ ПРИБРЕЖНЫХ ОКЕАНИЧЕСК ИХ ЭКОСИСТЕМ ДЛЯ ВОЗМОЖНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗ МУЩЕНИЙ Пелагические и бентосные сообщества более близких к материкам областей отличаются от экосистем открытого океана взаимодействием с близлежащей сушей . На пелагические органи змы здесь в большей степени влияет поступ ление питательных веществ , осадочно го и другого материала из наземных систем , поэто му они характеризуются в целом более высо кой продуктивностью. С точки зрения возможных последствий ядерной войны на прибрежные пелагические экос истемы также действуют снижение освещенности и другие факторы , а налогичные уже отме ченным для открытого океана . Кроме того , в близи побережий эти экосистемы могут испытыва ть более значительные изменения температуры и з-за мелководья и влияния стока пресноводных бассейнов . На прибрежные сообщества сильнее действуют шторм ы и вследствие этого усиленное осадконакопление и перемешивание . Поступающие осадки могут усугублять проблем у инсоляции. В условиях нормальной зимы прибрежная продукция представляется достаточно и накаплив ается быстрее всего при низкой освещенности . Если бы фитопланктон смог адаптировать ся к необычному времени наступления “кажущейс я” зимы , первичная продукция не претерпела бы значительных изменений . Таким образом , во зможно , что прибрежные экосистемы устойчивее к стрессам , связанным с климатическими измене ни я ми , чем пелагические биоценозы открытого океана. Экосистемы у берегов тропиков гораздо чувствительнее к понижению как освещенности , так и температуры . Тепловой диапазон сущест вования водных сообществ здесь в целом вд вое уже , чем в умеренных областях . Так , например , коралловые рифы представляют со бой экосистемы , распространение которых ограничен о наиболее теплыми частями океана , где вод а не охлаждается ниже 20 С , а глубины в основном не превышают 50 м . Коралловые рифы страдают уже при температурах около 15 С . Вдобавок к этому кораллы очен ь чувствительны к повышенным уровням ультрафи олетового излучения В . Вполне возможно , что воздействие индуцированных ядерной войной клим атических возмущений на коралловые рифы будет относиться к числу наиболее распространенны х и серьезных для морских экоси стем . Аналогичным образом , от похолодания долж ны пострадать мелководные сообщества тропических морских трав . Собственно береговые участки - такие как пляжи , илистые отмели и солен ые болота - испытывают гораздо более глубоко и д ущие воздействия , чем прочие океанические экосистемы . Это касается в особе нности спада температур . Последствия температурны х спадов будут зависеть от сезона , местопо ложения , солености и высоты приливов . Произойд ет гибель организмов , обитающих на поверхнос т и дна . Популяции рыб в прибре жных водах , не сталкивающиеся в норме с низкими температурами , сильно сократятся в результате даже кратковременных похолоданий . Еще одно важное обстоятельство заключается в том , что икра и личинки многих промысло вых видов рыб ж ивут вблизи пове рхности воды и , таким образом , испытают ос обенно сильное отрицательное воздействие темпера туры , ультрафиолетового излучения В , токсичных веществ и прочих факторов. ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ПРЕСНОВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ УЯЗВИМОСТЬ ЭКОСИСТЕМ МАТЕР ИКОВЫХ ВОДОЕМОВ ДЛЯ ВОЗМОЖНЫХ КЛИМАТИЧЕСК ИХ ВОЗМУЩЕНИЙ Пресноводные водоемы делятся на стоячие (т.е . пруды и озера ) и проточные (т.е . реки и ручьи ). На рисунке 2.1.1 представлены основные изменения , которые могут случиться в гидрологическом режиме суши в ответ на возможные атмосферные возмущения после ядерной войны . В целом снижение температуры и уровня атмосферных осадков приведет к быстрому сокращению количества жидкой воды , запасенной в реках и озерах . Изменения грунтовых вод будут намного медленнее и г ораздо менее выражены. Основная часть пресной воды на поверх ности суши сосредоточена в озерах ; в русла х рек в каждый отдельный момент времени ее относительно мало (таблица 2.1.1). Поэтому в данном разделе будут рассматриваться главным образом озера. Табли ца 2.1.1. Некоторые данные по водному балансу Северного полушария Составляющие водного баланса Европа Азия Северная А мерика Средний запас во ды в реках , км 3 80 565 250 ПОСТУПЛЕНИЯ за счет поверхностного стока за счет грунтовых вод 2090 1120 10660 3750 5290 2160 Расход , км 3 / год 3210 14410 7450 Средний запас во ды в озерах , км 3 2027 27782 25623 Средний запас во ды в водохранилищах , км 3 422 1350 950 Особенности озер определяются их размерам и , притоком питател ьных веществ , донным субстратом , подстилающими породами , атмосферными осадками и множеством других параметров . Кл ючевым моментом в реакциях пресноводных экоси стем на климатические возмущения является пре дполагаемое снижение температуры , а на втором месте с тоит сокращение инсоляции . Сглаживание температурных колебаний особенно с ильно выражено в крупных пресных водоемах . Однако их экосистемы в отличие от экос истем открытого океана должны пострадать от изменений температуры , возможных после ядерн ой войны. Уста новление на длительный период отрицательных температур может вызвать образов ание на поверхности водоемов толстого слоя льда . Слой льда на мелководном озере мо жет охватить значительную долю его объема. Таблица 2.1.2. Распределение пресных озер и вод охранили щ по объему и площади Площадь , км Европа Азия Северная Америка Свыше 10000 1 17700 908 4 92670 23200 8 327280 24322 1000-10000 26 74989 995 21 67070 3128 22 73185 1258 100-1000 23 9618 479 36 16760 520 17 7252 214 Российские специалисты собрали ст атис тические данные по размерам озер , включающие информацию о площади поверхности водоемов и их общем объеме . Эти данные обобщены в таблице 2.1.2. Следует отметить , что подавля ющее большинство озер , т.е . наиболее часто встречающиеся и доступные человеку , о тносится к категории самых мелких . Вод оемы этой категории будут в наибольшей ст епени подвержены промерзанию на значительную глубину. Одной из основных работ по оценке возможных последствий войны для озерных эк осистем считается исследование Пономарева с с от рудниками , подготовленное а рамках прое кта СКОПЕ-ЭНЮУОР . В этом исследовании была использована имитационная модель , разработанная в Санкт-Петербургском научно-исследовательском вычислит ельном центре Академии Наук для оценки ди намики озерных экосистем и вх о дящ их в них видов , взаимоотношений между озер ами и их водоразделами и влияния на о зера промышленного развития . Рассматриваются три биотических компонента (фитопланктон , зоопланктон и детрит ), связанные с такими понятиями , как азот , фосфор , донные осадки , р астворенный кислород , температура воздуха , инсоляция и радиация (рис . 2.1.2). В разных вари антах анализа начало возмущения (ядерная войн а ) приходилась либо на февраль , либо на июль. Результаты моделирования февральской ядерной войны представлены на рис . 2. 1.3, где приведены как нормальные , так и предполагаемы е кривые изменения температуры воды , инсоляци и , биомассы фитопланктона , зоопланктона , детрита и отношения количества минерального азота к органическому. Последствия климатических изменений более серьезн ы и долгосрочны (рис . 2.1.4). Возвращен ие температуры и освещенности к нормальным уровням произойдет при этом сценарии как раз к моменту обычного наступления зимы. Если климатические возмущения , вызванные ядерной войной , произойдут зимой там , где озерная в ода в норме имеет температур у , близкую к нулю , они приведут к увели чению толщины льда. В мелководных озерах не исключено про мерзание до дна , приводящее к гибели больш инства живых организмов . Если острые зимние возмущения климата затронут пресноводные экоси стемы , не замерзающие в нормальной обс тановке , биологические последствия обещают быть весьма серьезными . Хронические климатические на рушения , начавшиеся весной , или затянувшиеся п оследствия зимней ядерной войны могут задержа ть таяние льда. При наступлении морозов в конце весны (а для южных озер - в любое время года ) скорее всего произойдет полное отми рание живых компонентов экосистем под прямым воздействием падения температуры и освещенно сти . Однако , если морозы ударят летом , посл едствия , вероятно , будут н е столь опустошительными , поскольку многие из наиболее уязвимых стадий жизненных циклов уже буд ут пройдены . Масштабы последствий будут опред еляться продолжительностью холодов . Продолжительность воздействия особенно сильно скажется следующ ей весной . Климати ческие возмущения в осеннее время будут иметь наименьшие последствия д ля северных пресноводных экосистем , поскольку к этому моменту живые организмы уже пройд ут все репродуктивные стадии . Беспозвоночные , фитопланктон и редуценты , даже если их чис ленность з н ачительно сократилась , вос становятся , как только климатические условия возвратятся к норме . Тем не менее , остаточ ные эффекты могут еще долго сказываться н а функционировании экосистемы в целом , причем не исключается возможность некоторых необрат имых процес с ов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Возможные глобальные последствия ядерной войны для окружающей среды наход ились в центре внимания ряда исследователей в течение четырех десятилетий с момента первых атомных бомбардировок Японии. После анализа приводимых данных по чу вствите льности экосистем к послевоенным э кологическим возмущениям возникает ряд совершенн о очевидных выводов : Природные экосистемы уязвимы для экстрема льных климатических возмущений , причем по-разному в зависимости от типа экосистемы , ее географического положения и времени года , когда произойдут возмущения. В результате синергизма факторов и ра спространения их влияния от одних элементов экосистем к другим происходят более круп ные сдвиги , чем можно было бы предполагать при изолированном действии возмущений . Так , по вышенная интенсивность ультрафиолетового излучения В , загрязнение воздуха и радиация не вызывают катастрофических последствий , де йствуя по отдельности , однако , проявляясь одно временно , эти факторы могут оказаться губител ьными для чувствительных экосистем б лагодаря своему синергизму. Пожары , являющиеся прямым следствием круп ного обмена ядерными ударами , могут охватить обширные территории. Восстановление экосистем после климатических стрессов острой фазы , следующей за крупно масштабной ядерной войной , будет за висеть от степени приспособленности к естественным нарушениям . В некоторых типах экосистем и значальный ущерб может быть очень большим , а восстановление крайне медленным , причем п олное восстановление до исходного ненарушенного состояния вообще маловероятно. Антропогенно е влияние способно замедлить процесс экологич еского восстановления. Локальные радиоактивные осадки могут оказ ать очень значительное влияние на экосистемы. Экстремальные скачки температуры даже на достаточно короткие периоды способны нанести чр езвычайно большой ущерб Морские экосистемы наиболее уязвимы для продолжительного снижения освещенности. Для характеристики биологических реакций на глобальные стрессы необходима разработка с ледующего поколения экосистемных моделей и со здание обширных баз д анных по отдельн ым компонентам экосистем и по экосистемам в целом , подвергающимся различным экспериментал ьным нарушениям . Прошло много времени с те х пор , как были предприняты серьезные эксп ериментальные попытки описать влияние ядерной войны на биологическ и е системы . Сейчас эта экологическая проблема стала само й важной из всех , с какими когда-либо с талкивалось человечество .