Соединения серы, попадающие в атмосферу, могут вступать в реакцию с парами воды, образуя разбавленную серную кислоту. По крайней мере половина общего количества соединений серы в атмосфере имеет естественное происхождение; это может быть диоксид серы, высвобождающийся при извержении вулканов, или диметилсульфид, выделяемый некоторыми микроскопическими планктонными водорослями. Остальное же приходится на диоксид серы, поступающий в атмосферу при сжигании угля, используемого в промышленности, а также для обогрева домов и приготовления пищи.
В формировании кислотных дождей участвуют также оксиды азота, которые образуются при сжигании топлива, в результате жизнедеятельности некоторых почвенных микробов, а также при грозовых разрядах (из содержащегося в атмосфере свободного азота). За счет электрических разрядов образуется менее 10% от общего количества азотсодержащих соединений (связанного азота). Оксиды азота, подобно оксидам серы, растворяются в дождевой воде, образуя разбавленную азотную кислоту.
Даже очень слабая (в тысячу раз менее кислая, чем апельсиновый сок) угольная кислота «чистого» дождя способна оказывать заметный эффект: действуя в течение столетий, она разъедает мраморные статуи и бетонные сооружения. Последствия настоящих «кислотных» дождей бывают гораздо более серьезными. Помимо коррозии, вызванной выпадающими с дождями разбавленными кислотами (серной и азотной), кислые вещества, накапливаясь в почве, могут выводить из нее биогенные (необходимые для питания растений) элементы, повреждать и даже уничтожать леса, а также приводить к необратимым нарушениями химического баланса экосистем.
Из-за этих разрушительных последствий именно кислотные дожди считают основной причиной очень сильного закисления озер и прудов (в некоторых из них рН понижается до 3,0, что сопоставимо с уксусом), приводящего к гибели рыб и многих водных растений.
Однако, как показали исследования, закисление большинства водоемов в восточной части Северной Америки связано не столько с кислотными дождями, сколько с естественной кислотностью почв. (Кислотные дожди выпадают в основном на востоке США; на западе страны они нейтрализуются пылью щелочных почв этого региона.) В Новой Англии, например, вклад кислотных дождей в закисление водоемов оценивался в 16%, тогда как вклад кислотности почв – в 80%.
Предполагается, что богатая в прошлом жизнь ныне сильно закисленных озер была временным явлением, связанным со сведением на окружающих территориях лесов и выжиганием растительности (при этом не только удалялось много скопившегося на поверхности почвы кислого органического вещества растительного происхождения, но и происходила нейтрализация кислот пеплом, имеющим щелочную реакцию). Когда в окрестностях этих озер снова выросли леса, возобновилось закисление и почв, и озер.
Биоразнообразие. Термин «биоразнообразие» обозначает богатство видов, обитающих на определенной территории в определенный период времени. Уменьшение биоразнообразия, т.е. сокращение числа видов, образующих фрагменты экологической сети, есть одно из проявлений деградации природной среды.
Представим себе, что в умеренных широтах озерцо, окруженное небольшим болотом, подверглось воздействию очень кислых осадков; это может привести к гибели, скажем, 25% видов планктона. Уменьшение количества планктона подорвет пищевую базу двух из пяти видов лягушек (поскольку головастики питаются водорослями и другими мелкими организмами) и одного из трех видов рыб, обитавших в этом озере. В итоге сложная пищевая сеть этого небольшого озера и связанного с ним болота потеряет внезапно несколько важных своих компонентов. Произошедшие перемены затронут далее и другие компоненты экосистемы; в частности, они скажутся на птицах, прилетающих на этот водоем кормиться, и на мелких млекопитающих, охотящихся здесь на птиц или водных животных.
Разнообразие птиц, посещающих данное место, уменьшится, соответственно менее разнообразным станет и набор семян растений, заносимых сюда птицами на лапках или с пометом. Исчезновение таких млекопитающих, как выдра или енот, открывает возможности для проникновения на их место других видов, например серой крысы, которая легко вторгается в сложную пищевую сеть. Крысы, будучи гораздо менее разборчивы в питании, используют широкий набор пищевых объектов и способны очень быстро увеличивать свою численность. Крупная популяция крыс будет способствовать дальнейшему сокращению биоразнообразия, вытесняя конкурирующие виды.
Осознание угрозы окружающей среде. Деятельность человека, разрушительная для природной среды, – это обычно слишком интенсивная эксплуатация каких-либо ресурсов или загрязнение экосистем синтетическими токсичными веществами, действие которых не может быть полностью нейтрализовано природными процессами. В большинстве случаев деградация природной среды начинает по-настоящему беспокоить общество только тогда, когда оно видит, что в результате деятельности человека вдруг существенно снизилась продуктивность экосистем.
Так, 1960-е и 1970-е годы стали периодом серьезной озабоченности по поводу незащищенности различных экосистем и отдельных биологических видов от загрязнения, вызванного развитием промышленности и городского хозяйства. Широкое применение в 1940-х и 1950-х годах в качестве пестицидов двух хлорсодержащих углеводородов, ДДТ и дильдрина, как выяснилось, имело тяжелые последствия для популяций многих видов птиц. Эти вещества, попадая в организм птиц с пищей, накапливались в них в высоких концентрациях и вызывали истончение скорлупы яиц – это препятствовало размножению и привело к значительности сокращению численности. Особенно пострадали такие птицы, как белоголовый орлан и некоторые виды соколов.
Однако, как это часто бывает и в других случаях, связанных с экологическими проблемами, мнения о пользе и вреде пестицидов расходятся. К примеру, практика использования ДДТ отнюдь не сводится только к отрицательным последствиям. В Шри-Ланке (на Цейлоне) в 1948 было отмечено 2,8 млн. случаев заболевания малярией, но применение ДДТ для истребления комаров, переносящих возбудителя этой болезни, привело к тому, что в 1963 наблюдалось всего 17 случаев заболевания малярией. В 1964 использование ДДТ в Шри-Ланке было запрещено, и к 1969 число заболевших малярией вновь выросло до 2 млн. человек. Необходимо все же отметить, что успех, достигнутый с помощью ДДТ, мог оказаться временным, поскольку комары, как и другие насекомые, способны за ряд поколений выработать устойчивость к пестицидам.
Можно ли восстановить поврежденную экосистему? В некоторых случаях деградация окружающей среды бывает обратимой, и чтобы вернуть систему в исходное состояние, достаточно просто прекратить дальнейшее загрязнение и дать системе очиститься за счет природных процессов. В других случаях, например при попытках восстановить леса Западной Африки или соленые марши (заболоченные места) на восточном побережье Северной Америки, достигнутые успехи были очень скромными. Часто к моменту, когда деградация окружающей среды становится очевидной, соответствующие экосистемы оказываются настолько поврежденными, что восстановить их уже невозможно.
В период между 1960 и 1990 народонаселение земного шара почти удвоилось, достигнув 5,3 млрд. человек, а к 2025 ожидается, что оно будет составлять 8,5 млрд. Поскольку с ростом численности населения растут и потребности в продуктах питания, жилье и проч., а освоенное пространство ограниченно, деятельность человека начинает распространяться на такие регионы, которые ранее считались малопригодными для заселения (маргинальными), будучи слишком влажными, или слишком засушливыми, или слишком удаленными. В будущем основная активность в деле охраны природы, видимо, развернется именно в подобных маргинальных экосистемах – в заболоченных и аридных местностях, а также в дождевых тропических лесах.
Заболоченные земли. Прибрежные приливо-отливные зоны и пресноводные болота – весьма важные местообитания. Марши, располагающиеся в приливно-отливной зоне, выполняют роль питомника для множества морских организмов. Кроме того, наряду с пресноводными болотами, они служат убежищем для птиц во время их сезонных миграций. Заболоченные участки действуют и как фильтрационные системы, улавливая многие природные и синтетические загрязнители и токсины еще до того, как они попадут непосредственно в водоемы.
Эффект от разрушения подобных местообитаний может сказываться далеко за их пределами. Например, если на болотах не будет достаточно пищи для останавливающихся здесь во время перелетов птиц, многие из них погибнут. А поскольку они в свою очередь являются компонентами экосистем, расположенных на противоположных концах их миграционных путей (и удаленных друг от друга порой на тысячи километров), внезапное изменение их численности может оказать сильное дестабилизирующее влияние на эти системы.
Когда европейцы начали заселять Северную Америку, площадь заболоченных земель в ней составляла 87 млн. га. В настоящее время их остается не более 40 млн. га, причем каждый год уничтожается примерно 160 тыс. га. Засыпание болот и использование занятого ими ранее пространства для строительства жилья или в коммерческих целях – один из наиболее обычных способов уничтожения этих местообитаний.
В настоящее время предпринимаются некоторые меры, направленные на сохранение заболоченных земель. Например, во многих регионах США болота находятся под охраной закона и любая деятельность по их освоению строго контролируется.