Вводная информация. «По данным Global Fire Monitoring Centre, общая площадь, пройденная природными пожарами в России на 09.08.2010 г. превышена 15 млн. га (данные со спутниковых станций слежения за MODIS, NOAD и Landsat).
Горение лесов продолжаюсь и в сентябре месяце, как в европейской, так и в азиатской частях нашей страны. Дымовая завеса над Европейской частью России расползлась по огромной территории. Мировая пирологическая обстановка оставалась напряженной и в последующие годы.
Американская ассоциация кардиологов (American Heart Association) в 2010 году опубликовала научное заявление о том, что существует связь между загрязнением воздуха мелкими частицами, в основном имеющими размер 2,5 микрона и меньше, и сердечно-сосудистыми заболеваниями (ссылка).
Как свидетельствует глава Департамента здравоохранения Москвы А. Сельцовский, на 9 августа 2010 года смертность в Москве достигла уровня примерно 700 человек в день, тогда как в обычные дни это значение составляет 360—380 человек в день. Количество вызовов скорой помощи возросло до 10 тысяч в день (в обычные дни — 7,5-8 тысяч).
Общее число госпитализаций увеличилось на 10%, госпитализаций детей на 17 %. Основные поводы обращений — сердечно-сосудистые патологии, бронхиальная астма, гипертоническая болезнь, проблемы с лёгкими. При этом число инсультов выросло незначительно, а число инфарктов сократилось». (По нашему мнению, несоответствие резкого возрастания умерших людей и сокращение количества инфарктников говорит только о том, что не все из них выжили).
Согласно двухлетним исследованиям лаборатории экологии НИИ медицины труда и экологии (г. Чита), в период лесных пожаров в городе возросла обращаемость за скорой медицинской помощью в 3-4 раза, а смертность — в 10-13 раз.
Весной 2015 года на юге Сибири произошли масштабные пожары. В Хакасии пожаром были уничтожены жилые посёлки и дачные сообщества. Погибли люди. Значительные площади выгорели и в Забайкалье. Местные жители в России традиционно по весне пускают палы, чтобы удалить прошлогоднюю траву. Тепля сухая погода и ветер привели к тому, что огонь в Хакасии распространялся с большой скоростью, захватывая поселения.
Дым от низовых пожаров, как правило, не поднимается выше 1 км, но 15 апреля 2015 года горение лесов в Забайкалье совпало с формированием в районе Читы крупного циклона. В результате, как показали исследования NASA, дым от пожаров был поднят на высоту 10 км.
А 18 апреля 2015 года верховыми воздушными течениями дым от Забайкальских пожаров был пернесён через Тихий океана и достиг западного побережья Северной Америки.
Наше многолетнее изучение экогеохимических проблем лесных пожаров в различных регионах Сибири показывает активный вынос с дымовыми шлейфами таких опасных токсикантов как ртуть, кадмий, свинец, мышьяк и искусственные радионуклиды — цезий-137, стронций-90 и изотопы плутония [Shcherbov, 2012]. Наивно полагать, что только углекислый газ наносит вред здоровью людей: приведенный набор токсикантов, попадающих в организм даже в небольших концентрациях, не может не оказать на него негативного влияния. Это в особой степени относится к случаям сочетанного воздействия тяжелых металлов или органических соединений с искусственными радионуклидами. Все эти компоненты в различных количествах вовлекаются в атмосферную миграцию дымовыми шлейфами лесных пожаров. Авторы полностью отдают себе отчет в справедливости мнения Парацельса о том, что «все есть пища и все есть яд». Однако вряд ли кто сомневается в том, что в санитарно-гигиенических кругах обоснованно существует понятие «токсиканты повышенной опасности» или «первого класса», и так далее. Общая территория лесов Земли, гибнущих в огне, за последние годы выросла с 300 до 400 млн. гектаров. Все возрастающее количество лесных пожаров и размера их площадей, а также вредное воздействие дымовых шлейфов на здоровье людей позволяет нам утверждать проблему лесных пожаров в нашей стране и в Сибири, в частности, проблемой общегосударственного масштаба.
По сообщениям средств массовой информации, пирологическая обстановка в лесах страны в 2011-2014 гг. (научных данных пока нет) своими масштабами превысила показатели 2010 г. Нет оснований считать эти три последних года исключительными по количеству и размерам площадей лесных пожаров. Такие ситуации к концу XX века стали повторяться все чаще и чаще. По прогнозам, и XXI век в этом плане не уступит своему предшественнику [Flannigan et al., 2006].
Долгосрочные прогнозы не дают оснований для благодушия. Из-за глобального изменения климата число крупных лесных пожаров во всем мире ежегодно возрастает, так как периодов жаркой и засушливой погоды становится больше. В Сибири к концу XXI века риск возникновения экстремальных пожароопасных условий возрастет, и зона увеличения этой вероятности займет почти всю ее территорию, включая огромные пространства Дальнего Востока и Приморья [Малевский-Малевич и др., 2007]. Наблюдения авторов последних 15 лет в различных регионах, особенно в лесных массивах, расположенных вблизи больших городов, дают нам основание подтвердить обоснованность этих перспектив лесной пирологической проблемы Сибири. Сибирские леса становятся заложниками бурно развивающегося автомобильного транспорта, сопровождающегося резким наплывом горожан в места отдыха и добычи дикорастущих трав, орехов, грибов и ягод. Добавим к этому и непродуманную политику охраны и эксплуатации, ведущую к сокращению штатов лесных служб.
Биомасса, накапливаемая лесами, составляет 90% всей наземной биомассы. Ее величина достигает 1650∙109—1911∙109 тонн сухого вещества. Имея важное климаторегулирующее, почво — и водозащитное значение, лесной покров Земли служит одним из главных факторов устойчивости биосферы и требует постоянной заботы, сохранения и возобновления. Однако, с каждым годом площадь лесов на нашей планете неуклонно сокращается из-за все возрастающих площадей вырубок и лесных пожаров. По сообщениям «Российского радио», ежесекундно с лица планеты исчезает около 1,5 га лесов. На долю России приходится 22,5 % мирового запаса древесины [Соколовский, 1989]. Этот факт обязывает все правительственные и экономические службы страны обратить серьезное внимание на лесную пирологическую проблему.
Лес, как самостоятельный объект ландшафта, в планетарном масштабе оказывает огромное влияние на миграцию различных веществ природного и техногенного происхождения, включая токсичные химические элементы, искусственно созданные органические соединения и радионуклиды, то есть вещества, ранее неизвестные природе. Многие компоненты лесного биогеоценоза являются аккумуляторами этих веществ, препятствуя их разносу по земной поверхности и играя роль биогеохимических барьеров [Алексахин, Тихомиров, 1991]. Между тем, по мнению некоторых исследователей, лесной покров планеты начинает плохо справляться с антропогенным прессом. Кроме того, сам он все чаще и масштабнее выступает в роли источника загрязняющих веществ в атмосферу в результате расширения площадей, уничтожаемых лесными пожарами. Впечатляющей иллюстрацией этого положения служат лесные пожары последних лет не только в нашей стране, но и во всем мире. Приведенные на первых страницах этой книги данные о пожарах в Московском регионе не могут считаться исключительными. С неменьшей интенсивностью лесные пожары продолжали бушевать и в 2011-2013 гг.
Естественными источниками загрязнения атмосферного воздуха служат вулканы, выбросы лесных пожаров, пыльные бури, дефляция, морские штормы и тайфуны. Как будет показано ниже, выбросы лесных пожаров в настоящее время не совсем правильно относить к природным источникам.
Стремительное развитие различных отраслей промышленности, химии и транспорта, создание огромных запасов технических и бытовых отходов, возникновение новых, ранее неизвестных на Земле синтетических веществ и радиоактивных изотопов, вывод из землепользования огромных территорий в результате разработки месторождений полезных ископаемых — все эти и многие другие факторы привели к резким изменениям окружающей среды и в целом эволюции биосферы. В настоящее время человечество производит 100-200 тыс. наименований и синтезирует более 18 млн. веществ [Арский и др., 1997]. К концу XX века накопились вполне аргументированные и обширные сведения по масштабам антропогенного загрязнения природы стабильными и радиоактивными элементами; добыча всех видов сырья составила около 300 млрд, т вещества. Сюда входят и вскрышные работы, вмещающие и пустые породы, складирование которых может сопровождаться не только эрозией, пожарами или оплывами [Данилов-Данильян и др, 2007], но и химическим их разложением, ведущим к вторичному загрязнению ландшафтов [Алексеенко, 1989]. Среди множества великих научно-технических достижений конца XX века немаловажная роль принадлежит научному признанию исчезновения единства Природы и Человека.
Антропогенная эмиссия (металлургия, автотранспорт, сжигание топлива, химическая промышленность и т. д.) для многих тяжелых металлов к концу прошлого века превысила природную (эрозия почв, вулканы, космическая пыль и пр.). Лесные пожары, относившиеся ранее к природным факторам, в настоящее время многими исследователями, включая и авторов этих строк, отдают предпочтение антропогенной причине возникновения пожаров. Кажется, что слова В. И. Вернадского [1983], вынесенные нами в эпиграф, звучат достаточно актуально и в плане изучения влияния лесных пожаров на изменение многих характеристик среды обитания человека — ландшафта.
Коэффициент мобилизации (отношение антропогенных выбросов к природным) для Pb составляет 16, Cd — 7,7, Zn — 5,5, Cu — 7, Hg — 0,3, Sb — 34 [Малахов, Махонько, 1990]. Для ртути отмеченная величина не может быть признана корректной, поскольку некоторые данные противоречат этим сведениям: в начале 80-х годов прошлого века антропогенная эмиссия элемента в атмосферу превысила природную почти в 1,5 раза (3600 и 2500 тонн соответственно) [Nriagu, 1988]. По-видимому, последнее определение более верно, поскольку даже в атмосферном бюджете Сибири, которая не может сравниться по масштабам ртутного загрязнения с европейской частью нашей страны или развитыми странами Европы и Америки, антропогенная составляющая (340 т/год) почти в пять раз превышает природную (70 т/год) [Ягольницер и др., 1995]. В середине XX века за 70 лет сжигание угля дало около 290 тыс. тонн мышьяка, а ежегодная сумма всех антропогенных поставок As в окружающую среду оценивается в 45 тыс. тонн [Fergusson е. а., 1972]. В целом оценки плотности выпадения микроэлементов из атмосферы для различных фоновых районов у разных авторов колеблются в широких пределах и имеют следующие значения (нг/см2 год): Co — 0,02-63, Cr — 14-690, Cu — 3,6-1300, Ni — 7,2-1400, Pb — 30-840, Zn — 67-8900, Cd — 5,6-38 [Ровинский и др., 1994]. К началу XXI века темпы прироста коммунальных (бытовых) отходов возросли настолько, что ежегодное их образование достигло 800 млн. т, Человек стал добывать около 300 млрд, т вещества [Данилов-Данильян и др., 2007]. Антропогенное воздействие на окружающую человека среду к концу XX века достигло таких огромных масштабов, что вопросы химического загрязнения должны рассматриваться не только в сфере его непосредственного влиянии на здоровье человека, но и на грядущие поколения. Поэтому вполне обоснованно прозвучало мнение научной общественности на Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) о проблеме загрязнения окружающей среды и здоровья населения Земли как одной из самых важных [Коптюг, 1992]. Представляется весьма актуальным углубленное изучение поведения химических элементов во всех звеньях их миграционных путей в ландшафтных условиях. Подобным исследованиям посвящено огромное количество работ. Не обойдены вниманием и лесные пожары: пирологи ческой лесной проблеме посвящены сотни статей, сборников, международных и региональных конференций, как в России, так и за рубежом. На этом фоне солидно выглядят аэрозольные исследования сибирских ученых, но количественная сторона эмиссии тяжелых металлов и искусственных радионуклидов, особенно в их совместном нахождении, остается практически неизученной. А для огромной площади Сибири эту проблему смело можно назвать белым пятном. Именно на количественную сторону совместной миграции стабильных элементов и искусственных радиоактивных изотопов при горении сибирских лесов направлены наши исследования.
Все экзогенные процессы, контролирующие поведение химических элементов (почвообразование, химическое и физическое выветривание, эрозия, водная миграция, испарение, озерное осадкообразование и т. д.) — это первая ступень естественного перераспределения элементов на поверхности Земли.
Как видно из перечисленных факторов, важную роль для многих из них играет воздушная миграция. Осаждающиеся с пылевыми, аэрозольными, дождевыми или снеговыми осадками элементы с той или иной степенью прочности закрепляются на биогеохимических барьерах (дерновом слое почв, донных отложениях замкнутых водоемов, лесных подстилках, мхах, лишайниках, торфах, хвое деревьев и т. д.). Это их метастабильное состояние в компонентах наземного биогеоценоза нарушается не только различными процессами естественной миграции по трофическим цепям, но и лесными пожарами, что следует отнести ко второй поверхностной миграционной ступени или к вторичному перераспределению. Под этим термином, несомненно, подразумевается и вся антропогенная деятельность, сопровождающаяся выбросами любых веществ в атмосферу, почвенный покров или водную среду.
Считается, что за миллионы лет существования зеленого покрова Земли лесные биогеоценозы приспособились к лесным пожарам, как к периодически действующему природному фактору, поэтому предлагалось рассматривать огонь не как разрушительную силу, а как естественный фактор воздействия на окружающую среду [Мур, 1982]. Вслед за многими исследователями, мы полагаем, что в настоящее время, когда основной причиной возникновения лесных пожаров в нашей стране считается человеческий фактор, мнение о естественном факторе (т. е. природном!) не совсем верно. В качестве доказательства приведем следующие данные.
Ежегодная пылевая и аэрозольная эмиссия лесных пожаров количественно сопоставима с выбросами вулканов — 20-150 и 10-200 млн. тонн соответственно [Малахов, Махонько, 1990]. По экспертным оценкам ООН, ежегодно на Земле лесными пожарами охватывается площадь от 550 до 650 млн. га. [Будыко и др., 1986], причем за последние 250 лет отмечается рост частоты их экстремальных проявлений. Как показано выше, причиной возникновения пожаров служат грозы и человеческий фактор, который к настоящему времени приобрел доминирующее значение: 90-95% [Коломышев, 2002] лесных возгораний обязано человеку. Существует мнение и о более высокой масштабности антропогенного фактора — 99% [Данилов-Данильян и др. 2007]. Показательными в этом отношении служат наблюдения авторов в Байкальском регионе Российской Федерации в 2003-2005 гг., где именно вблизи городов почти не осталось участков тайги, не пройденных огнем за последние 10-15 лет. Это легко определяется сменой хвойных лесов на лственные (преимущественно осиновые и березовые).
Лесной покров планеты обеспечивает стабильное состояние животных и растительных сообществ Земли. Это экологическое состояние резко нарушается лесными пожарами, оказывающими воздействие практически на все компоненты природы — гидросферу, биосферу, атмосферу, климат, животный мир, почвенный покров, биогеохимические показатели ландшафтов и т. д. Поэтому представляется совершенно оправданным мнение большинства исследователей о лесных пожарах как об одном из самых мощных факторов глобального преобразования биосферы Земли.
Роль пожаров не ограничивается уничтожением лесных насаждений — мест обитания огромного числа видов животных, птиц и микроорганизмов, повышением эрозионных свойств почв, нарушением водного баланса, заболачиванием территорий, изменением климата и т. д. [Mutch, 1970; 262 Viereck, 1973; Санников, 1981; Smith, 1950; Wexler, 1950 и др.]. Исследованиями показано, что горение лесных массивов сопровождается выносом в атмосферу огромного количества органических соединений, искусственных радионуклидов и тяжелых металлов [Копылов и др., 2003; Кучма и др. 1994; Lloyd, 1970; Lewis, 1974; Абдурагимов, 1990; Paliouris et. al., 1995; Азаров, 1996; Lujaniene е. а., 1997; Johnson et al., 2004; Samsonov et. al., 2005; Щербов и др., 2006 и многие другие]. За счет лесных пожаров увеличивается концентрация подавляющего большинства компонентов минерального состава и органических веществ в атмосферных осадках, снежном покрове и талых водах. В результате выпадения на дневную поверхность минеральных веществ с аэрозолями и выноса из пожарищ сгоревших и обугленных растительных остатков резко возрастает химический сток рек [Иванов и др., 1978].
Исследованиями показано, что частицы пожарных дымов, выносимые в верхние слои атмосферы, становятся центрами конденсации паров воды, образуя капли. Каждая капля внутри облака дыма захватывает его различные частицы и выпадает на земную поверхность в другом месте [Грин, Лейн, 1969; Медников, 1984]. Этими центрами концентрирования вещества захватываются также тяжелые металлы и радионуклиды. Размер частиц играет значительную роль, например, в миграции этих химических элементов: чем меньше частица, тем больше расстояние, на которое они будут перенесены [Davison е. а., 1974]. Наряду с механизмами «мокрого» очищения атмосферы существует и «сухое» осаждение частиц дыма под действием силы тяжести. Следовательно, более крупные частицы осядут вблизи пожарища, более мелкие — вдали. Поэтому мнение многих исследователей о вторичном загрязнении новых территорий микроэлементами и искусственными радионуклидами в результате атмосферного переноса их дымовыми шлейфами представляется вполне обоснованным.
При сильных пожарах дымовые аэрозоли, несущие на себе различные загрязняющие вещества, могут подниматься на высоту до 5-8 и даже 10-12 км, распространяясь на тысячи км и в отдельных случаях увеличивая дозу радиоактивного воздействия на население [Пазухин и др., 2004; Smith, 1950; Bull, 1951; Коровченко, 1958; Cadle, 1972; Григорьев, Липатов, 1978]. Это же замечание относится к ртути, кадмию и другим тяжелым металлам [Малахов, Махонько, 1990; Ильин, 2002 и др.]. Вместе с тем, во многих случаях отмечаются большие расхождения в оценке выбрасываемых в атмосферу химических элементов и соединений [Pacyna, 1986]. Это замечание относится и к токсикантам 1-го класса (ртуть, кадмий, свинец). Например, ежегодная глобальная эмиссия ртути от техногенных источников оценивается от 1660 до 2200 т/год [Pirrone et al., 1996; Pacyna е. а. 2003; Pacyna et al., 2003].
При сгорании одной тонны растительности в атмосферу выделяется 125 кг оксида углерода, 12 кг углеводородов, 2 кг оксида азота и 22 кг угольной пыли [Кондратьева, 2005]. В дымовые эмиссии вовлекаются различные токсиканты, в том числе тяжелые металлы и искусственные радионуклиды. При
крупных лесных пожарах происходит катастрофическая эманация радона [Воеводин, Дектерев, 2003], продуктами которого являются изотопы радия (RaA, RaB и RaC). Эти изотопы имеют продолжительность жизни в десятки минут, однако совместное нахождение с искусственными радионуклидами, тяжелыми металлами и органическими соединениями вынуждает обращать особое внимание на повышение эффективности средств защиты людей, занимающихся тушением лесных пожаров.
То обстоятельство, что в настоящее время антропогенная составляющая резко доминирует в возникновении лесных пожаров, мы, вслед за другими исследователями, твердо придерживаемся мнения о лесных пожарах, как об антропогенном факторе [Сафронов, Вакуров, 1981], ибо какая разница между сжиганием каменных углей или жидких углеводородов в печах или энергетических установках и лесных массивов на корню? Несомненно, события последних лет показывают, что проблема лесных пожаров в России не должна оставаться без внимания научной и экологической общественности.
В последние десятилетия во многих странах отчетливо проявляется направление в стратегии и тактике пожаротушения, свидетельствующее о смене политики «пожаротушения» на «пожароуправление». Она заключается в том, что, во-первых, естественные лесные пожары признаются обязательным фактором саморазвития таежных лесов, а во-вторых, считается, что ни физически, ни экономически невозможно бороться со всеми пожарами. Это тем более значимо, если учитывать положительное влияние некоторых низовых пожаров на лесные экосистемы. Поэтому борьба должна быть избирательной в зависимости от ценности лесов и территориальных показателей.
Для оценки потенциальной горимости лесов применяются так называемые «индексы пожароопасности», однако единого подхода к их определению не существует, как не существует и международных стандартов для их вычисления [Turner, 1978; Van Wagner, 1975]. На наш взгляд, частая смена состояния атмосферы и слабая степень прогноза погодных условий позволяют только в общих чертах предсказать пожароопасность, поэтому для совмещения конкретных географических точек и прогнозируемых дат возникновения лесных пожаров индексы этого показателя представляются достаточно эфемерными.
В 1984 г. при перелете из Якутска в Новосибирск с высоты 10 км один из авторов нас 12 таежных пожаров одновременно (т. е. в течение 1 минуты). И это только в иллюминаторе с одного борта самолета. По наблюдениям авторов, ежегодно в конце апреля месяца на федеральной трассе от Новосибирска до Барабинска (300 км) ночью кажется, что земля горит без всяких перерывов в пространстве. Весенние палы стали настоящим бичом лесостепной зоны Западной Сибири, особенно вдоль автомобильных трасс. Несомненно, весь комплекс процессов, сопровождающих лесные пожары в этих районах, нарушает экологическое равновесие, установленное веками формирования ландшафта.
Излишне говорить о чрезвычайно слабой заселенности таежных пространств северных областей нашей страны, что служит весомым аргументом в пользу больших трудностей, а иногда и бесполезности организации тушения сибирских таежных пожаров. Поэтому предлагаемая стратегия «пожароуправления» в борьбе с лесными пожарами для огромной территории Сибири представляется особенно рациональной. Тем не менее, широкомасштабный атмосферный разнос выделяемых при пожарах веществ, включая тяжелые металлы и радионуклиды, совместное воздействие которых на живые организмы повышает их негативное воздействие, обязывает экологические и санитарно-гигиенические службы, а также научную общественность и средства массовой информации обратить серьезное внимание на лесную пирологическую проблему в нашей стране. Необходимы и решительные действия властных структур против нарушителей лесного законодательства, к сожалению, до сих пор остающегося весьма несовершенным.
Таким образом, лесные пожары, охватывающие все компоненты биогеоценоза и целые лесные массивы и создающие «пожарную мозаику», представляют собой явление ландшафтное [Мелехов, 1948]. С геохимической точки зрения, «горение — это интенсивные химические реакции, сопровождающиеся свечением и тепловыделением. В большинстве случаев такие химические реакции являются окислительными реакциями. Иногда термин «горение» применяют в широком смысле — ко всем окислительным реакциям вообще [Кумагаи, 1979]. Так это или иначе, но горение лесных массивов очень часто сопровождается резкой перестройкой ландшафта и сменой физико-химических показателей почвенно-растительного покрова. Эколого-геохимической стороне лесных пожаров с акцентом на тяжелые металлы и искусственные радионуклиды посвящены наши исследования, не претендующие на совершенную полноту решения всех вопросов, свзанных с горением сибирских лесов.