В 90-е годы XX в. один из южных регионов России - Калмыкия - приковала к себе внимание мировой научной общественности. Республика была отнесена к зонам экологического бедствия: ее природная среда к тому времени претерпела столь серьезные изменения, что появились признаки превращения этого края в пустыню, которая могла бы стать первой в Европе.

стр. 42

Доктор физико-математических наук Н. Ф. ЕЛАНСКИЙ, заведующий отделом исследований состава атмосферы Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН

Калмыкия занимает западную часть Прикаспийской низменности (в основном лежащей ниже уровня Мирового океана) и Кумо-Манычскую впадину, разделенные между собой Ергенской возвышенностью, а с юго-востока омывается Каспийским морем. По данным Министерства экологии республики, к концу минувшего столетия 20% ее территории оказались лишенными растительности. Во многих местах полностью исчезли многолетние виды, уступив место малоценным эфемерам* и сорным травам. Процент гибели лесов здесь в 1998 г. был наибольшим в России - 48,78 га на каждые 1000 га. Причем соседние Волгоградская, Ростовская и Астраханская области, хотя и существенно уступали Калмыкии, также оказались в "лидерах" по этому показателю: соответственно 2,32, 8,06 и 6,03 га на 1000 га леса, в то время как в среднем по нашей стране он не превышал 0,4 га на 1000 га. Под угрозой оказались посадки, заложенные в районе калмыцкого села Годжур (на полпути между Элистой и Волгоградом) основоположником учения о генетическом почвоведении В. В. Докучаевым около 120 лет назад. Вместе с тем в республике обострилась проблема обеспеченности водными ресурсами. Огромных масштабов достигло загрязнение биосферы, связанное главным образом с промышленными выбросами в соседних областях.

Столь неблагоприятная среда обитания не могла не сказаться на здоровье людей. По данным Минздрава республики, к началу 90-х годов частота заболеваний органов дыхания и онкологических, особенно в районах, граничащих с Волгоградской и Астраханской областями, была одной из самых высоких в стране.

* Эфемеры - однолетние растения, характерные для степей, полупустынь и пустынь (прим. ред.).

стр. 43

Скорость образования трихлоруксусной кислоты (ТХК) в природной среде: a - в условиях реальной загрязненности воздуха; b - при ее отсутствии.

Такая безрадостная картина наблюдалась в Калмыкии в конце XX в., вызвав определенное беспокойство международного научного сообщества. Вот почему в рамках Программы ООН по защите окружающей среды в 1997 г. в республике был создан Международный центр опустынивания. По инициативе Европейского Союза при поддержке президента Калмыкии К. Н. Илюмжинова начались изыскания, направленные на выявление глубинных процессов, происходящих в природной среде Каспийского региона. К ученым Института физики атмосферы им. А. М. Обухова (ИФА) РАН, развернувшим к тому времени исследования особенностей газового, аэрозольного и водного баланса Прикаспия, присоединились специалисты Научно-исследовательского физико- химического института им. Л. Я. Карпова (Москва), Всероссийского научно- исследовательского института железнодорожного транспорта, Института лесоведения РАН, Гидрометцентра РФ, Института химии Макса Планка и Центра экологических исследований (ФРГ), Потчефстремского университета (Южно-Африканская Республика), Института метеорологии (Австрия) и других организаций.

В распоряжении интернационального коллектива были научные станции ИФА, железнодорожная передвижная лаборатория, специально оборудованные автомобили и несколько временных наблюдательных пунктов в различных точках нашей страны. Использовали самые совершенные приборы, позволяющие регистрировать очень малые концентрации почти всех основных веществ, от которых зависят окислительные свойства атмосферы. Высокое качество измерений определяли регулярной калибровкой и сравнением с мировыми эталонами.

В первую очередь над всей европейской территорией России была собрана информация о содержании в воздухе химически активных и парниковых газов и аэрозолей, выяснены их естественные и антропогенные источники, основные пути переноса

стр. 44

и особенности химических превращений в атмосфере. Затем изучали процессы образования в природной среде токсичных хлорорганических соединений из веществ-предшественников, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека. От Дагестана до Мурманска отбирали пробы игл сосны обыкновенной, некоторых видов полыни и т.д., определяли содержание накопленных в них хлоруксусных кислот (в большинстве своем - пестицидов) и строили численные модели синтеза последних в воздушной и водной среде, клетках растений.

На последнем этапе исследований изучали сложные механизмы действия атмосферных загрязнений на флору Прикаспийского региона, степень, характер ее деградации и последствия этого процесса.

Уже в начале нашей работы стало очевидным: природная среда Калмыкии весьма чувствительна к негативным факторам человеческого воздействия, которые к тому же проявляются здесь сильнее, чем в других регионах. Так, в растительности, произрастающей к северу от Элисты, обнаружено беспрецедентно высокое для нашей страны содержание трихлоруксусной кислоты. Вблизи упомянутого села Годжур в 1997 г. в иглах сосны оно достигало 69 мкг на 1 кг сухого вещества, в то время как почти на всей остальной обследованной территории не превышало 10 мкг/кг (за исключением проб, взятых в 40 км к югу от Астраханского газоконденсатного комбината и вблизи российско-финляндской границы на Кольском полуострове - соответственно 27 и 39 мкг/кг). В столь значительном количестве это соединение встречается лишь в наиболее загрязненных районах Центральной Европы и США.

В той же северной части республики в 1997 - 1998 гг. зафиксированы рекордные для Евразии концентрации в атмосфере оксида брома. А диоксида азота в приземном воздухе здесь, хотя индустрия тут развита слабо, оказалось не меньше, чем в промышленных районах. В аэрозольных же частицах скапливалось много солей, в состав которых входят хлор, бром и йод. Высокое их содержание было в воде и почве. Например, в соленых озерах на юго-востоке Калмыкии концентрация хлора и брома достигла соответственно 153 и 0,88 г/л. Грунтовые воды в некоторых обследованных местах "впитали" большое количество хлорорганических соединений. В Годжуре в очень чистой, казалось бы, родниковой воде содержание тетрахлорэтилена (растворитель, используемый для химической чистки, обезжиривания и т.д.) летом 1997 г. равнялось 505 нг/л, что существенно выше, чем в загрязненных водах Волги и рек Центральной Европы (150 - 300 нг/л).

Неожиданностью для нас явилась необычно высокая концентрация в воздухе активных галогенсодержащих соединений, что говорит об интенсивных фотохимических взаимодействиях, в которые вступают летучие органические вещества антропогенного происхождения.

В чем причина обнаруженных аномалий? Конечно, как и везде, известную роль сыграли промышленные, сельскохозяйственные, транспортные, бытовые загрязнения и не всегда рациональное использование природных ресурсов. Из крупных промышленных предприятий, окружающих Калмыкию, в ее воздушный бассейн попадали опасные органические вещества и активные оксиданты (окислители) - оксиды азота, серы и угле-

стр. 45

рода. Так, металлургические и машиностроительные заводы Волгограда в 80-е годы выбрасывали в атмосферу ежегодно по 230 тыс. т газов и твердых веществ в виде аэрозолей. Астраханский целлюлозно-картонный комбинат добавлял к ним значительное количество хлора. Не меньший ущерб нанесли угледобывающие предприятия Ростовской области и Украины.

Определенный вклад в загрязнение природной среды Калмыкии вносил перенос газов и аэрозольных частиц из Центральной и Восточной Европы, который, кстати, отчетливо регистрировали не только на европейской территории нашей страны, но и в Сибири. В прикаспийском же регионе влияние "импортируемых" примесей велико и даже, возможно, выше местных. Дело в том, что, растворяясь в дождевых каплях, они попадают в поверхностные и фунтовые воды, затем, осажденные в бассейне Волги, поступают в Каспийское море и в процессе интенсивного испарения опять оказываются в воздушной среде.

Активному накоплению токсичных веществ способствовали географические и климатические особенности данной республики. В теплый период года здесь господствовали восточные и юго-восточные ветры. Они приносили испарения с Каспийского моря и загрязненный воздух из Астраханской области, заполнявшие вклинивающиеся в Ергенскую возвышенность многочисленные долины. Мощные ночные инверсии температуры и туманы способствовали интенсивному сухому и влажному осаждению вредных соединений, которые потом проникали в почву, грунтовые и поверхностные воды. Вместе с тем высокие летние температуры и солнечная освещенность, изменение состава воздуха резко активизировали фотохимические процессы в атмосфере и в целом в биосфере. В результате растения оказались в условиях, сопоставимых с характерными для пустынь.

Кроме того, почвам и озерам Калмыкии, водам Каспийского моря свойственна высокая концентрация солей с большим количеством хлора, брома, йода, фтора и различных их соединений. Последними насыщаются твердые и жидкие аэрозольные частицы, которые вместе с постоян-

стр. 46

но дующими здесь ветрами поднимаются в атмосферу. Немало таких веществ приносится с высыхающего Аральского моря* и солончаков Средней Азии. Заметный вклад в баланс галогенов вносят сливы рассолов при бурении нефтяных скважин, выбросы с листовой поверхности распространенных здесь галофитов (растений, вытягивающих соли с глубины до нескольких десятков метров) и газы из многочисленных разломов земной коры.

Сочетание всех этих факторов создало уникальный механизм формирования в воздухе, фунтовых водах и растениях данного региона токсичных соединений, а также способствовало необычайно сильному воздействию последних на природную среду. Его схему можно представить следующим образом: летучие галогенизированные углеводороды антропогенного происхождения в ходе химических превращений окисляются, приводя к появлению в воздухе множества активных соединений. Некоторая их часть растворяется в дождевых каплях, соленых водах местных озер, Каспийского моря или водных аэрозолях. В результате реакций, идущих в растворах, в атмосферу попадают молекулы хлора, брома и других галогенов, которые тут же вступают в фотохимическое взаимодействие с озоном, формируя опять-таки активные соединения галогенов. Суть такого цикла состоит в том, что на один атом хлора, брома и йода, на первом этапе перешедший в жидкую фазу, из раствора выходят два. В специфических условиях Калмыкии такой процесс приобретает взрывной характер и приводит к выбросу из соляных растворов в атмосферу огромного количества галогенов. При наличии в воздухе и водной среде метилхлороформа или тетрахлорэтилена из них быстро могут образовываться моно- или трихлоруксусные кислоты.

Для ослабленных растений они даже в малых концентрациях представляют заметную опасность, поскольку накапливаются в стеблях и листьях в аномально высоких дозах, вызывая снижение активности фотосинтеза и замедляя рост. Деградация флоры, в свою очередь, ведет к засолению земель, опять-таки увеличивается содержание в воздухе солей и их растворов, а при наличии антропогенных загрязнений - генерируе-

* См.: Р. К. Тимофеев. Судьбы двух морей. - Наука в России, 2003, N 6 (прим. ред.).

стр. 47

мых токсичных соединений, т.е. круг замыкается. Кроме того, поврежденные растения усваивают меньше углекислого газа и выделяют больше водяного пара, вызывая иссушение почв, что способствует опустыниванию региона.

Такими были результаты изысканий международной группы ученых в конце 90- х годов. Однако с 2001 г. стала отчетливой тенденция к улучшению экологической ситуации в республике. Почти в 2 раза снизилась концентрация трихлоруксусной кислоты в иглах сосны. В среднем по Калмыкии на 10% выросла активность фотосинтеза основных видов полыни и продуктивность пастбищ. Самыми отрадными оказались данные 2003 г.: содержание пестицидов продолжает уменьшаться, состояние растительности по всем показателям наилучшее за 7 лет наблюдений, органическое загрязнение грунтовых вод и почвы минимально. В приземном воздухе несколько сократилось количество оксидантов, заметно меньше стало солевых аэрозолей. Наметились признаки самовосстановления некоторых, вроде бы уже погибших лесополос.

Что могло так радикально изменить экологическую ситуацию на рассматриваемой территории? Очевидно, это не связано со снижением промышленных выбросов в соседних областях. Наоборот, все упомянутые выше предприятия в последние годы увеличили производство и, к сожалению, объем выбросов. Интенсивное освоение новых месторождений нефти и газа в регионе также сопровождалось ростом выделения углеводородов.

Дело в другом: в последние годы заметно улучшились погодные условия в республике. С 1998 г. растет количество осадков. Реже наблюдаются экстремально низкие зимние температуры. Постепенно увеличилась повторяемость летом западных ветров, приносящих облачность, осадки, снижающих максимальные дневные температуры воздуха и земной поверхности, повышающих ночные. С ослаблением восточных ветров значительно упала концентрация в воздухе солевых частиц. Этому способствовало и более позднее летнее высыхание местных соленых озер, снижение эмиссий аэрозолей с их поверхности и с растущих на их берегах галофитов.

Но носит ли такая положительная перестройка кратковременный характер или является признаком потепления регионального климата? По мнению специалистов, происходящие тут процессы - часть общеевропейских, вызванных, в свою очередь, глобальным потеплением на Земле. А стабильность его наступления уже не вызывает сомнений. Ее подтверждают результаты многолетних наблюдений, проводимых мировой сетью гидрометеорологических станций. У поверхности земли в течение XX в. температура повысилась в среднем на 0,6±0,2°С. Согласно дендрохронологическим* и другим палеоклиматическим исследованиям, это самое высокое значение за последние 1000 лет.

Причем наибольшие изменения отмечены для ночных и зимних температур воздуха над континентами в Северном полушарии: реже фиксировались экстремально низкие их значения, стал продолжительнее безморозный период, уменьшилась площадь снежного покрова и длительность сохранения ледяного на реках и озерах. По сравнению с 50-ми годами площадь морского льда в Арктике весной и летом сократилась на 10 - 15%. В течение всего прошлого столетия количество осадков возрастало на 0,5 - 1,0% за десятилетие. Участились сильные дожди и снегопады, однако при этом не увеличилась повторяемость периодов переувлажнения.

Эти проявления глобального потепления точно совпадают с прогнозами, сделанными в ИФА РАН на ближайшие 50 лет на основе исследований с привлечением сложных и достаточно надежных численных моделей. Согласно этим оценкам в южных районах России к середине XXI в. среднегодовая температура повысится на 0,5 - 1,0°С за счет более теплых зим. Возрастет повторяемость циклонической циркуляции и, следовательно, западных ветров и облачных дней, меньше станет амплитуда суточных колебаний температуры, на 10 - 20% увеличится количество осадков, на 5 - 10% больше станет общий сток Волги в Каспийское море.

В целом такое изменение погоды благоприятно скажется на социально- экономическом развитии нашей страны. Уже в последнее десятилетие отмечено улучшение агроклиматической обстановки: повысилась урожайность культурных растений и снизился обусловленный климатом риск для сельского хозяйства на большей части территории. При сохранении данной тенденции, а почти все прогнозы это подтверждают, к середине XXI в. заметно расширятся площади, пригодные для земледелия, увеличится продолжительность вегетационного периода, улучшатся условия перезимовки полевых и садовых культур, а также проведения сельскохозяйственных работ. Благоприятные изменения могут произойти и в условиях жизни россиян, в особенности в районах Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока, в частности, из-за более теплых зим, снижения ледовитости морей и внутренних водоемов.

Конечно, климатические прогнозы, как и прогнозы погоды, не всегда оправдываются. Но уж очень точно реальные изменения на юге России в последние годы совпадают с предполагаемыми. Поэтому когда говорят и пишут, что потепление климата приведет к опустыниванию, это не означает, что оно затронет именно этот регион. Ведь факт, что положительные для Калмыкии и близлежащих Астраханской, Волгоградской областей климатические изменения уже улучшили течение биогеохимических процессов, благодаря чему резко снизилась вероятность образования высоких концентраций озона и токсичных органических соединений. Да и в целом по стране потепление должно принести пользу. А неприятностей, которыми оно может сопровождаться, - ливневых осадков или выхода из строя инженерных коммуникаций из-за отступления вечной мерзлоты - вполне можно избежать, если рационально организовать природопользование и хозяйственную деятельность.

* Дендрохронологическое исследование климата - реконструкция и прогнозирование климатических условий по годичным кольцам древесины (прим. ред.).

Постоянный адрес данной публикации: