СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. Последствия для экосистем морей и эстуариев

1 Введение

2 Уязвимость экосистем открытого океана для возможных климатических возмущений

3 Уязвимость прибрежных океанических экосистем для возможных климатических возмущений

2. Возможные последствия для пресноводных экосистем

1 Уязвимость экосистем материковых водоемов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

АННОТАЦИЯ

Данная работа содержит 24 страницы. Она посвящена актуальной проблеме изучения ухудшения экологической ситуации в результате ядерной войны.

В работе рассмотрены последствия стрессов для важнейших биологических систем. Собранная информация демонстрирует крайнюю уязвимость природных экосистем для предполагаемых прямых и косвенных воздействий ядерной войны. Работа убеждает, что человечество всей планеты должно объединить свои усилия в стремлении любыми способами избежать ядерной войны и того, что за ней может последовать.

Ключевые слова: ядерная война, глобальные последствия, пелагическая экосистема, ядерная ночь, снижение температуры, инсоляция, экосистемы эстуариев, озера, популяции.

ВВЕДЕНИЕ

В наше время ядерная война представляет собой наиболее серьезную угрозу для окружающей среды. Одновременное действие таких факторов, как понижение температуры и освещенности, уменьшение уровня атмосферных осадков, ионизирующая радиация, повышение уровня УФ-излучения, а также поступление в окружающую среду разнообразных отравляющих продуктов, приведет к резкому нарушению биологических сообществ и к снижению на длительный период их способности к восстановлению.

Существует три возможных глобальных эффекта мирового ядерного 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 энергетического источника - солнечного света.
Второе последствие- радиоактивное загрязнение планеты в результате разрушения атомных электростанций, хранилищ радиоактивных отходов. И, наконец, третий фактор - глобальный голод. Годы ядерной войны приведут к резкому падению сельскохозяйственных культур.

Сама природа воздействия крупномасштабной ядерной войны на окружающую среду такова, что, как бы и когда бы она ни началась, конечный результат одинаков - глобальная биосферная катастрофа.

В середине 70-х годов человечество стало, наконец, понимать, что возможные последствия 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 излучение и радиоактивные осадки, ученые стали учитывать возможность глобальных экологических эффектов.

Многочисленные ядерные взрывы приведут к тепловому излучению и локальным радиоактивным осадкам. Весьма серьезными могут быть и косвенные последствия, такие как уничтожение коммуникаций, систем распределения энергии и общественных институтов. И пока сохраняется опасность такой трагедии для человечества, всякое стремление уменьшать или игнорировать катастрофическое воздействие ядерной войны на биосферу сослужит самую плохую службу будущему земной цивилизации.

1. ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЭКОСИСТЕМ МОРЕЙ И ЭСТУАРИЕВ

1 ВВЕДЕНИЕ

Морские экосистемы покрывают основную часть поверхности Земного шара, будучи в высшей степени разнообразными и протяженными. Их можно сгруппировать в следующие классы: открытые океанические, включая поверхностные и глубинные пелагические; глубинные океанические и бентосные экосистемы континентального шельфа; прибрежные морские; литоральные, в том числе коралловые рифы; илистые прибрежные отмели и песчаные пляжи и
,наконец, экосистемы эстуариев. Уязвимость для климатических воздействий рассматривается по отдельности для морских экосистем Северного полушария, тропиков и Южного океана. В каждом конкретном случае ожидаются различные уровни возможных обусловленных ядерной войной нарушений, чувствительности и способности этих экосистем к восстановлению, а также различное значение для человека изменений в этих экосистемах после ядерной войны.

Прежде всего следует отметить, что морские экосистемы мы знаем гораздо хуже, чем наземные, причем не только располагаем меньшим количеством данных, но и намного слабее понимаем основные протекающие в них процессы. На физических условиях в водной среде должны сложным образом отразиться изменения, произошедшие в результате ядерной войны в атмосфере.
Отчасти это объясняется тем, что сдвиги в физическом состоянии крупных водоемов будут опосредованы и произойдут значительно позже атмосферных возмущений. Существование многих типов морских экосистем ограничено освещенностью, так что ее снижение может отразиться на первичной продукции здесь сильнее, чем в наземных сообществах. Некоторые морские экосистемы лимитируются также наличием биогенных веществ, так что изменения в их циклах будут иметь довольно существенное значение. Трофическая структура морских экосистем в типичном случае основана на одноклеточных растениях с быстрым обновлением особей и круговоротом входящих в их состав элементов, причем одни и те же элементы часто многократно рециклизируются в пределах одного сообщества продуцентов. Все перечисленные обстоятельства необходимо учитывать при последующих рассуждениях.

2 УЯЗВИМОСТЬ ЭКОСИСТЕМ ОТКРЫТОГО ОКЕАНА ДЛЯ ВОЗМОЖНЫХ

КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ

В данной подглаве рассматриваются последствия ядерной войны для пелагических и бентосных экосистем. Первые состоят из планктона и более крупных плавающих животных. Океанический фитопланктон дает около 90% всей первичной продукции океана. Лимитирующими факторами для него являются свет и биогены; для того чтобы фотосинтез протекал 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 притока пищи извне, большей частью в виде оседающего планктона и частиц из приповерхностных пелагических экосистем. Глубинные пелагические сообщества включают различные популяции животных, в том числе колониальных простейших, хищных ракообразных и более крупных позвоночных. Бентосные сообщества также гетеротрофны 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 водорослевых комплексов, дающих пищу многочисленным растительноядным организмам и связанным с ними хищниками.

Первое важное обстоятельство, касающееся возможного воздействия ядерной войны на экосистемы открытого океана, - высокая степень их
“забуференности” в отношении перепадов температуры. Хотя и представляется возможным охлаждение морской поверхности на 1-2 С в ходе продолжительных климатических нарушений, вызванных ядерной войной, однако более значительной тепловой реакции открытого океана не предполагается.
Лабораторные эксперименты показывают, что фитопланктон будет продолжать расти и при таком понижении температуры (рис. 1.2.2). Лишь в тех местах, где особенности поведения животных тонко адаптированы к температурам окружающей среды, могут произойти определенные изменения. Таким образом, нельзя предполагать никакого непосредственного влияния температурных сдвигов ни на бентосные, ни на пелагические сообщества открытого океана.
Однако возможны косвенные воздействия, опосредованные изменениями океанических течений, а также глубины и стабильности термоклина.

Что же касается освещенности, то она может существенно повлиять на первичную продукцию пелагических экосистем. Фитопланктон встречается 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. уровня, при котором фотосинтетическая фиксация диоксида углерода как раз достаточна для компенсации его потерь растительным организмом при дыхании
(рис. 1.2.3). При сокращении освещенности морской поверхности на 95 % световая компенсационная точка, в норме соответствующая нижней границе эуфотической зоны, переместилась бы почти вплотную к границе вода/воздух
(рис. 1.2.4).

Если в пелагиалях Северного полушария биомасса фитопланктона сильно истощится вследствие острого падения инсоляции, возможно сокращение численности питающегося им зоопланктона, а также молоди рыб, потребляющих зоопланктон. Зато питающиеся фито- и зоопланктоном беззубые киты, по- видимому, не пострадают от массового вымирания, если популяции планктона восстановятся в пределах нескольких месяцев. Если планктонный корм будет утрачен на достаточно длительное время, может начаться гибель рыб. В экосистемах открытого океана у зоопланктона скорее будет наблюдаться тенденция к полному вымиранию от голода - в основном из-за более низкой плотности популяций фитопланктона.

Возможное хроническое снижение освещенности на 5-20 % и температуры воздуха на 1 С вряд ли окажет на пелагические экосистемы существенное влияние.

С другой стороны, косвенные эффекты, обусловленные сдвигами в общей циркуляции океанических вод, могут существенно нарушить пространственное распределение зон апвеллинга и следовательно, высокой продуктивности.
Нарушения океанических течений могут продолжаться довольно долго, влияя на промысел в течение лет или даже десятилетий.

Для бентосных экосистем, значительно удаленных от материков, последствия климатических возмущений будут минимальны. Влияние здесь будет ограничено опосредованными эффектами, связанными с изменением продуктивности пелагических экосистем.

3 УЯЗВИМОСТЬ ПРИБРЕЖНЫХ ОКЕАНИЧЕСКИХ ЭКОСИСТЕМ ДЛЯ ВОЗМОЖНЫХ

КЛИМАТИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ

Пелагические и бентосные сообщества более близких к материкам областей отличаются от экосистем открытого океана взаимодействием с близлежащей сушей. На пелагические организмы здесь в большей степени влияет поступление питательных веществ, осадочного и другого материала из наземных систем, поэтому они характеризуются в целом более высокой продуктивностью.

С точки зрения возможных последствий ядерной войны на прибрежные пелагические экосистемы также действуют снижение освещенности и другие факторы, аналогичные уже отмеченным для открытого океана. Кроме того, вблизи побережий эти экосистемы могут испытывать более значительные изменения температуры из-за мелководья и влияния стока пресноводных бассейнов. На прибрежные сообщества сильнее действуют штормы и вследствие этого усиленное осадконакопление и перемешивание. Поступающие осадки могут усугублять проблему инсоляции.

В условиях нормальной зимы прибрежная продукция представляется достаточно и накапливается быстрее всего при низкой освещенности. Если бы фитопланктон смог адаптироваться к необычному времени наступления
“кажущейся” зимы, первичная продукция не претерпела бы значительных изменений. Таким образом, возможно, что прибрежные экосистемы устойчивее к стрессам, связанным с климатическими изменениями, чем пелагические биоценозы открытого океана.

Экосистемы у берегов тропиков гораздо чувствительнее к понижению как освещенности, так и температуры. Тепловой диапазон существования водных сообществ здесь в целом вдвое уже, чем в умеренных областях. Так, например, коралловые рифы представляют собой экосистемы, распространение которых ограничено наиболее теплыми частями океана, где вода 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 очень чувствительны к повышенным уровням ультрафиолетового излучения В. Вполне возможно, что воздействие индуцированных ядерной войной климатических возмущений на коралловые рифы будет относиться к числу наиболее распространенных и серьезных для морских экосистем. Аналогичным образом, от похолодания должны пострадать мелководные сообщества тропических морских трав.
Собственно береговые участки - такие как пляжи, илистые отмели и соленые болота - испытывают гораздо более глубоко идущие воздействия, чем прочие океанические экосистемы. Это касается в особенности спада температур.
Последствия температурных спадов будут зависеть от сезона, местоположения, солености и высоты приливов. Произойдет гибель организмов, обитающих на поверхности дна. Популяции рыб в прибрежных 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 промысловых видов рыб живут вблизи поверхности воды и, таким образом, испытают особенно сильное отрицательное воздействие температуры, ультрафиолетового излучения В, токсичных веществ и прочих факторов.

2. ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ПРЕСНОВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

1 УЯЗВИМОСТЬ ЭКОСИСТЕМ МАТЕРИКОВЫХ ВОДОЕМОВ ДЛЯ ВОЗМОЖНЫХ

КЛИМАТИЧЕСКИХ 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 гораздо менее выражены.

Основная часть пресной воды на поверхности суши сосредоточена в озерах; в руслах рек в каждый отдельный момент времени ее относительно мало (таблица 2.1.1). Поэтому в данном разделе будут рассматриваться главным образом озера.

Таблица 2.1.1. Некоторые данные по водному балансу

Северного полушария

| | | | |
|Составляющие |Европа |Азия |Северная |
|водного | | |Америка |
|баланса | | | |
|Средний запас | | | |
|воды в реках, |80 |565 |250 |
|км 3 | | | |
|ПОСТУПЛЕНИЯ | | | |
|за счет |2090 |10660 |5290 |
|поверхност- | | | |
|ного стока |1120 |3750 |2160 |
| | | | |
|за счет | | | |
|грунтовых | | | |
|вод | | | |
| | | | |
|Расход, км 3 / |3210 |14410 |7450 |
|год | | | |
|Средний запас | | | 25623|
|воды |2027 |27782 | |
|в озерах, км 3 | | | |
|Средний запас | | | |
|воды в |422 |1350 |950 |
|водохранилищах,| | | |
| | | | |
|км 3 | | | |

Особенности озер определяются их размерами, притоком питательных веществ, донным субстратом, подстилающими породами, атмосферными осадками и множеством других параметров. Ключевым моментом в реакциях пресноводных экосистем на климатические возмущения является предполагаемое снижение температуры, а на втором месте стоит сокращение инсоляции. Сглаживание температурных колебаний особенно сильно выражено в крупных пресных водоемах. Однако их экосистемы в отличие от экосистем открытого океана должны пострадать от изменений температуры, возможных после ядерной войны.

Установление на длительный период отрицательных температур может вызвать образование на поверхности водоемов толстого слоя льда. Слой льда на мелководном озере может охватить значительную долю его объема.

Таблица 2.1.2. Распределение пресных озер и водохранилищ по объему и площади
|Площадь, | Европа | Азия | Северная |
|км | | |Америка |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
|Свыше | 1 17700 908| 4 92670 23200 | 8 327280 24322 |
|10000 | | | |
|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 статистические 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 подавляющее большинство озер, т.е. наиболее часто встречающиеся и доступные человеку, относится к категории самых мелких. Водоемы этой категории будут в наибольшей степени подвержены промерзанию на значительную глубину. В табл. 2.1.3 приводятся статистические данные по площади и объему озер различных размерных классов.

Таблица 2.1.3. Распределение объема воды по глубинам для озер различных размерных классов

|Площадь, |Процент общего | В процентах |
|км |объема |общей площади по общего |
| | |объема |
| |0.5 1.0 1.5 2.0 |полушарию по |
| |2.5 |полушарию |
|Свыше |0.5 0.9 1.3 1.8 | 22 |
|10000 |2.2 |86 |
|1000-10000|2.0 4.0 5.8 7.6 | 11 |
| |9.2 |10 |
|100-1000 |1.4 2.8 4.2 5.5 | 2 |
| |6.8 |2 |
|10-100 | 14 27 38 49 | 12 |
| |58 |0.8 |
|1-10 | 28 50 68 81 | 19 |
| |91 |0.6 |
|Менее 1 |58 88 100 100 100| 35 |
| | |0.5 |

Одной из основных работ по оценке возможных последствий войны для озерных экосистем считается исследование Пономарева с сотрудниками, подготовленное а рамках проекта СКОПЕ-ЭНЮУОР. В этом исследовании была использована имитационная модель, разработанная в Санкт-Петербургском научно-исследовательском вычислительном центре Академии Наук для оценки динамики озерных экосистем и входящих в них видов, взаимоотношений между озерами и их водоразделами и влияния на озера промышленного развития.
Рассматриваются три биотических компонента (фитопланктон, зоопланктон и детрит), связанные с такими понятиями, как азот, фосфор, донные осадки, растворенный кислород, температура воздуха, инсоляция и радиация (рис.
2.1.2). В разных вариантах анализа начало возмущения (ядерная война) приходилась либо на февраль, либо на июль.

Результаты моделирования февральской ядерной войны представлены на рис. 2.1.3, где приведены как нормальные, так и предполагаемые кривые изменения температуры воды, инсоляции, биомассы фитопланктона, зоопланктона, детрита и отношения количества минерального азота к органическому.

Последствия климатических изменений более серьезны и долгосрочны
(рис. 2.1.4). Возвращение 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 вода в норме имеет температуру, близкую к нулю, они приведут к увеличению толщины льда.

В мелководных озерах не исключено промерзание до дна, приводящее к гибели большинства живых организмов. Если острые зимние возмущения климата затронут пресноводные экосистемы, не замерзающие в нормальной обстановке, биологические последствия обещают быть весьма серьезными. Хронические климатические нарушения, начавшиеся весной, или затянувшиеся последствия зимней ядерной войны могут задержать таяние льда.

При наступлении морозов в конце весны (а для южных озер - в любое время года) скорее всего произойдет полное отмирание живых компонентов экосистем под прямым воздействием падения температуры и освещенности.
Однако, если морозы ударят летом, последствия, вероятно, будут не столь опустошительными, поскольку многие из наиболее уязвимых стадий жизненных циклов уже будут пройдены. Масштабы последствий будут определяться продолжительностью холодов. Продолжительность воздействия особенно сильно скажется следующей весной.

Климатические возмущения в осеннее время будут иметь наименьшие последствия для северных пресноводных экосистем, поскольку к этому моменту живые организмы уже пройдут все репродуктивные стадии. Беспозвоночные, фитопланктон и редуценты, даже если их численность значительно сократилась, восстановятся, как только климатические условия возвратятся к норме. Тем не менее, остаточные эффекты могут еще долго сказываться на функционировании экосистемы в целом, причем не исключается возможность некоторых необратимых процессов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возможные глобальные последствия ядерной войны для окружающей среды находились в центре внимания ряда исследователей в течение четырех десятилетий с момента первых атомных бомбардировок Японии.

После анализа приводимых данных по чувствительности экосистем к послевоенным экологическим возмущениям возникает ряд совершенно очевидных выводов:

1. Природные экосистемы уязвимы для экстремальных климатических возмущений, причем по-разному в зависимости от типа экосистемы, ее географического положения и времени года, когда произойдут возмущения.

2. В результате синергизма факторов и распространения их влияния от одних элементов экосистем к другим происходят более крупные сдвиги, чем можно было бы предполагать при изолированном действии возмущений. Так, повышенная интенсивность ультрафиолетового излучения В, загрязнение воздуха и радиация не вызывают катастрофических последствий, действуя по отдельности, однако, проявляясь одновременно, эти факторы могут оказаться губительными для чувствительных экосистем благодаря своему синергизму.

3. Пожары, являющиеся прямым следствием крупного обмена ядерными ударами, могут охватить обширные территории.

4. Восстановление экосистем после климатических стрессов острой фазы, следующей за крупномасштабной ядерной войной, будет зависеть от степени приспособленности к естественным нарушениям. В некоторых типах экосистем изначальный ущерб может быть очень большим, а восстановление крайне медленным, причем полное восстановление до исходного ненарушенного состояния вообще маловероятно.

Антропогенное влияние способно замедлить процесс экологического восстановления.

5. Локальные радиоактивные осадки могут оказать очень значительное влияние на экосистемы.

6. Экстремальные скачки температуры даже на достаточно короткие периоды способны нанести чрезвычайно большой ущерб

7. Морские экосистемы наиболее уязвимы для продолжительного снижения освещенности.

Для характеристики биологических реакций на глобальные стрессы необходима разработка следующего поколения экосистемных моделей и создание обширных баз данных по отдельным компонентам экосистем и по экосистемам в целом, подвергающимся различным экспериментальным нарушениям. Прошло много времени с тех пор, как были предприняты серьезные экспериментальные попытки описать влияние ядерной войны на биологические системы. Сейчас эта экологическая проблема стала самой важной из всех, с какими когда-либо сталкивалось человечество.

Уменьшение осадков Снижение

температуры

воздуха

Сокращение жидких атмосферных осадков Замерзание

водоемов

Сокращение

Ослабление инфильтрации поверхностного

стока

Уменьшение

речного стока

Сокращение

запасов воды в

реках и озерах

Сокращение Сокращение запасов грунтовых грунтового вод стока

Рис. 2.1.1 Возможные механизмы влияния климатических возмущений на гидрологический цикл

( - второстепенные факторы,

- основные факторы)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Т. Хатчинсон, М. Харуэлл

Последствия ядерной войны. Воздействие на экологию.

Москва: ”Мир”, 1988

2) Ю.М. Свирежев, О.Ю. Гайдуков

Анализ последствий ядерной войны.

Москва, 1989

3) Б. Небел

Наука об окружающей среде (том 1).

Москва: “Мир”, 1993

4) А.Б. Питток

Последствия ядерной войны: физические и атмосферные эффекты

Москва: “Наука”, 1990

5) В.М. Пономарев, В.В. Михайлов

Озерные экосистемы при экстремальных условиях

АН исследовательского компьютерного центра, С.-Пб.