ХХІ століття стало критичним періодом для людства за кількістю різноманітних природних і антропогенних катаклізмів з глобальним негативним характером дії на живі організми. Один з них названий авторами цієї статті ацидозом природи (від acidus — кислота), тобто глобальним «закисленням» навколишнього природного середовища.
Його причини та вельми невтішні для людства наслідки, питання потенційних шляхів їх недопущення було винесено на Міжнародну наукову конференцію «Біоресурси планети та біобезпека навколишнього середовища: проблеми та перспективи», присвячену 115-річчю Національного університету біоресурсів і природокористування України і 15-річчю Глобальної конфедерації асоціацій установ вищої освіти і досліджень у галузях сільськогосподарських наук і наук про життя (GCHRA), яка зараз проходить у Києві.
Втрата придатної для пиття води, зменшення кількості гумусу в грунтах, приросту біомаси на суші планети, гальмування росту і розмноження морських водоростей та інших гідробіонтів з наступними катастрофічними змінами в прирості морської біомаси і складу земної атмосфери тощо — ось що несе нам «закислення» природи.
Звідки лихо прийшло
Хай вибачає читач, але без наукових термінів обійтися важко.
Ацидози як патологічні стани організмів людей, тварин та інших живих організмів відомі здавна. Їх класифікують за трьома формами. Метаболічні ацидози обумовлюються зменшенням співвідношення між сумами лужних і кислотних еквівалентів у біологічних рідинах до величин нижчих за 1,0. В нормі воно має становити 1,1 — 1,2, що балансується відповідним набором вказаних компонентів у раціонах людей і тварин, на формування яких нині майже не звертається уваги. А жаль, адже хронічні метаболічні ацидози викликають і ускладнюють такі хвороби, як подагра, діабет, остеопорози, остеомаляції, кетоацидози, гастрити, амонійні токсикози, нефрози і нефрити, мають місце у перед- та у післяродовий періоди, після великих крововтрат, при опіковій хворобі, важких фізичних навантаженнях, гіперкапнії і т.д. За згаданих умов у крові людей і тварин, як правило, концентрація бікарбонатів може зменшуватися з 25 аж до 10 ммоль/л. Це зумовлює гальмування низки HCO3-залежних реакцій карбоксилювання, які, зазвичай, є проміжними етапами тих чи тих біосинтетичних процесів. Цим і пояснюється гальмування їх перебігу у тканинах живих організмів при метаболічних ацидозах і, відповідно, зниження інтенсивності їх розмноження та росту, гальмування регенеративних процесів, продуктивності тварин тощо.
Респіраторні ацидози викликаються змінами величин співвідношення рівня розчиненого вуглекислого газу до концентрації бікарбонатів у крові або інших біологічних рідинах. Причиною їх виникнення є відносне зростання рівня вуглекислого газу порівняно з концентрацією HCO3 у біологічних рідинах. Це має місце при порушенні функціонування респіраторних органів, знаходженні організму в гіперкапнічному середовищі, штучній затримці дихання тощо. Глибокий респіраторний ацидоз є обов’язковим фактором при переході тварин у зимову сплячку та при переведенні людини чи тварин у стан штучного гіпобіозу. За умов респіраторного ацидозу значно гальмуються катаболічні і анаболічні процеси. Зростання рівня вуглекислого газу і падіння значень кислотності біологічних рідин негативно впливає на процеси біологічного окислення енергетичних субстратів і утворення АТФ, що й обумовлює загальне гальмування енергетичного метаболізму. Дещо інша закономірність спостерігається в автотрофних організмів: збільшення концентрації вуглекислого газу стимулює процеси фотосинтезу і біосинтезу органічних сполук, але при дуже великих його концентраціях різке падіння рН біологічних рідин також гальмує як фотосинтез, так і біосинтетичні процеси у рослин, водоростей тощо.
Мікрофлора грунтів і води також дуже чутлива до цих змін. Так звані «кислі» грунти негативно впливають на розмноження і ріст грунтової біоти, що погіршує процес гумусоутворення. Оптимальним для росту більшості мікроорганізмів і рослин кислотності ∂рунту повинно мати слабокислонейтральне значення (6,0—7,0). Для представників рослинного світу морів і океанів ця величина становить 8,0 — 8,5, а для різних видів рослин у прісних водах — 5,5 — 8,3.
Жива природа планети як єдиний живий організм вже давно перебуває у стані помірного, а то і глибокого метаболічного ацидозу, що в подальшому може стати одним з найнебезпечніших катаклізмів для всього живого на Землі.
Чотири чинники небезпеки
До числа глобальних ацидогенних чинників можна віднести чотири. Вершників Апокаліпсису теж було, до речі, чотири. Різке зростання викидів мінеральних кислот у грунти, прісні і морські води та атмосферу — це перший з них. У Світовий океан і прісні води суші щорічно потрапляють (здебільшого як відходи нафтодобувної промисловості) понад 500 мільйонів тонн сірки, яку згодом мікроорганізми перетворюють у сірчану кислоту, якої утворюється близько 1,5 мільярда тонн щорічно. Приблизно 100 мільйонів тонн цієї кислоти випадають на поверхню планети за рахунок сірчанокислого ангідриду, який потрапляє в атмосферу при спалюванні вугілля, нафти, мазуту, деревини тощо, в яких є певні відсотки сірки. В атмосфері цей ангідрид реагує з водою і у вигляді «кислих» дощів випадає на поверхню планети. Ще близько 150 мільйонів тонн сірчаної кислоти і кількасот мільйонів тонн соляної і фосфорної кислот виробляється у світі щорічно на хімічних підприємствах. Важко назвати кількість сірчаної кислоти, що утворюється із сірководню, який у значній кількості мільярди років перебував у морських глибинах, а тепер, завдяки підводним вибухам, руху підводних човнів тощо, ці сірководневі води піднімаються в поверхневі шари, де перетворюються у сірчану кислоту.
Великим джерелом неприродного утворення сірчаної кислоти є і металургійна та гірничодобувна промисловості. Новими і великими постачальниками різноманітних мінеральних та органічних кислот стали міські і промислові стоки, стоки тваринницьких і птахівничих комплексів тощо. В цих випадках чималу роль в розвитку «закислення» природи відіграють не тільки мінеральні, а й органічні кислоти.
Їх негативний вплив на живі організми обумовлюється передусім порушенням (зменшенням) нормальних значень кислотності води, грунтів і атмосфери, що негативно впливає на життєздатність організмів. Доведено, що в дощових водах окремих регіонів промислово розвинених країн вона може знижуватися від 7,0 аж до 1,0. Як і те, що вже при кислотності 7,0 у річковій воді слабо розвивається ікра риби, 6,6 — гинуть молюски, 6,0 — гинуть креветки та ікра риби, а при 5,5 і нижче — вся фауна. Флора, на щастя, більш стійка в цьому плані. Для морських мешканців оптимальними значеннями є 8,0 — 8,5, проте в багатьох прибережних регіонах вона вже значно нижча — з усіма негативними наслідками на ріст флори і фауни.
Безумовно, що цей чинник є одним з тих, що лежать в основі нинішнього різкого зменшення біоресурсів у морях і річках. Чомусь традиційно вважають, що легенями і основним джерелом кисню нашої планети є ліси, але це не зовсім так: утворюють близько 80% кисню атмосфери та поглинають і утилізують вуглекислий газ саме морські рослини і водорості. Важливо також знати, що за умов «закислення» води важкі метали донних осадів переходять у розчинну форму і включаються у все живе, отруюючи його. Уявіть собі, що вода Київського моря колись «закислиться» і важкі радіоактивні метали донного мулу включаються у біологічні ланцюги…
Велику небезпеку для всього живого становлять також кислотні смоги, які стали майже постійними у великих промислових регіонах, де нехтуються екологічні норми. У дощовій воді окремих з таких регіонів співвідношення концентрації різних кислот становило: сірчаної — до 60%, азотної — до 30%, соляної — 5%, вугільної — 2%, інші — 3%. В той же час у загальній кислотності дощових вод умовно чистих зон планети було до 80% вуглекислого газу. Парадокс, але на великих площах в окремих регіонах промислово розвинених країн продукування кисню в атмосферу вже зараз менше, ніж вуглекислого газу. Люди в цих регіонах вже зараз дихають сумішшю «чужого» кисню і «своїми» ангідридами кислот.
Другий глобальний ацидогенний чинник — зниження в природі процесів фотосинтезу та обсягів приросту біомаси. Фізіологи рослин раніше експериментально довели, що протягом минулих мільйонів років потенційна здатність земної флори виділяти кисень була приблизно в 6 разів (!) вищою, ніж здатність фауни — вуглекислий газ в атмосферу. Така особливість, очевидно, і є причиною дуже низького (0,03%) рівня вуглекислого газу в атмосфері і порівняно високого рівня кисню (близько 21%). За останні ж 40 років концентрація CO2 в атмосфері стала стрімко зростати — до 30% від початкових концентрацій, і сьогодні становить близько 0,04%, що вже обумовило потепління приблизно на 1,5oС. Сучасні дослідження підтверджують, що рівень вуглекислого газу в атмосфері планети на сьогодні найвищий за останні 800 тисяч, а можливо, і за 20 мільйонів років.
Третім важливим чинником ацидофікації природи є постійне зменшення відновного потенціалу планети, що визначається величиною співвідношення окислених і відновлених біологічних переносників водню. Зменшення в природі останніх стимулює процеси розпаду органічних речовин (біогумусу) в природі і навпаки.
Катастрофі ще можна запобігти
Про те, що людство все ж таки може протистояти катастрофі, свідчать успішні урядові акції США і Канади у 70—80 рр. минулого століття, які «оживили» північні озера на територіях цих країн. Великі водойми на той час стали практично «мертвими» через антропогенні і, в першу чергу, ацидогенні чинники. Схожі успішні акції з «оживлення» річок і озер проводилися і в низці країн Західної Європи.
Тому ми, скориставшись нагодою, звернулися до учасників конференції з проханням підготувати для урядів країн світу відповідні рекомендації щодо ліквідації та запобігання одній з найбільших глобальних катастроф для всього живого на планеті — ацидозу природи, а також до світових фінансових організацій про необхідність запровадження ними відповідних довгострокових наукових проектів і програм підтримки.
Дмитро МЕЛЬНИЧУК,
доктор біологічних наук, професор,
академік НАН України та НААН України
Сергій МЕЛЬНИЧУК,
доктор біологічних наук, професор,
член-кореспондент НААН України