Пути воздействия загрязнения атмосферы и изменения климата на здоровье населения
А.С. Гинзбург, А.А. Виноградова (ИФА РАН)
Советские плакаты, пропагандировавшие здоровый образ жизни, гласили: «Солнце, воздух и вода – наши лучшие друзья!». Солнце, воздух и вода не только лучшие друзья советского человека, но и основные компоненты климатической системы Земли, определяющие среду обитания человечества. Схематически климатическая система представлена на рис. 1.
Рис. 1. Климатическая система Земли.
Как всем известно, человечество обитает на дне воздушного океана, и поэтому свойства и состав атмосферного воздуха в существенной мере определяют качество жизни и здоровье людей. Люди дышат атмосферным воздухом, зачастую весьма загрязненным, пьют пресную воду, прошедшую, как правило, стадию атмосферных осадков, живут в тех или иных погодных и климатических условиях, определяемых потоками солнечного излучения, составом атмосферы и свойствами земной поверхности – суши и океана.
Изменение свойств и состава атмосферы за счет природных и антропогенных факторов, естественно, оказывает разнообразное и преимущественно негативное влияние на здоровье населения различных регионов России и других стран мира. Рост населения Земли и энергопотребления в мире и одновременно рост голодающих, деградация экосистем, загрязнение окружающей среды и неконтролируемое изменение климата создает новые и усиливает известные угрозы здоровью людей.
Мировое сообщество в лице ООН выражает постоянную озабоченность сложившейся в мире ситуацией. С целью решения глобальных проблем человечества ООН приняла в 2000 году на Саммите Тысячелетия [1] программу под названием «Цели развития тысячелетия», которая представляет собой план борьбы с бедностью и общего повышению уровня жизни в мире до 2015 года.
Эта Программа включает в себя, кроме ряда чисто гуманитарных целей, таких, например, как охрана материнства и детства или борьба со СПИД’ом, также «Обеспечение экологической устойчивости», где предлагается:
- Включить принципы устойчивого развития в стратегии и программы государств и обратить вспять процесс утраты природных ресурсов
- Сократить масштабы утраты биологического разнообразия на основе достижения к 2010 году значительного снижения темпов его утраты
- Сократить вдвое долю людей, не имеющих постоянного доступа к чистой питьевой воде и основным санитарно-техническим средствам
- К 2020 году обеспечить существенное улучшение жизни как минимум 100 миллионов обитателей трущоб.
Цели развития тысячелетия до 2015 года и предложенные количественные характеристики их выполнения весьма амбициозны, однако, с точки зрения заботы о здоровье людей в усложняющихся социально-экономических и эколого-климатических условиях сама формулировка этих целей является очень важной и своевременной.
В России в последние годы все большее внимание уделяется роли влияния загрязнения окружающей человека среды, погодных и климатических явлений, различных геофизических процессов на физическое и психическое здоровье населения России. Объективным отражением этого процесса является развитие Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки – медицине» и появление в ней в 2008 году отдельного направления «Атмосфера и здоровье», призванного объединить экологические, погодно-климатические, геофизические и информационные аспекты фундаментальных медицинских научных исследований и сопоставить их результаты.
Все более активную роль в этих исследованиях играет Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, где уже более 20 лет проводятся экспериментальные и модельные исследования атмосферного переноса воздушными потоками стойких экотоксикантов в арктические районы нашей страны. Авторы данной статьи в мае 2008 года представили доклад «Динамика климата и загрязнение атмосферного воздуха российской Арктики» на Международном семинаре Арктической инициативы ООН «Влияние глобальных климатических изменений на здоровье населения российской Арктики». Статья написана с использованием материалов этого доклада.
Оценка выпадения примесей из атмосферы на подстилающую поверхность показала значимость (по сравнению с речным стоком) этого явления в отношении загрязнения тяжелыми металлами морских вод Северного Ледовитого океана [2], качество которых напрямую связано с концентрацией вредных примесей в морских животных и рыбопродуктах. Некоторые идеи и результаты этих исследований описаны в данной статье.
Пути воздействия климатических изменений на здоровье человека
“Если бы я был карибу*,
я пребывал бы сейчас
в довольно сильном
замешательстве”.
Стефен Миллс
Олд Кроу, Канада
* Карибу – североамериканский северный олень.
Для оценки негативного воздействия особенностей и изменения климата на физическое и психическое здоровье населения и поиска путей минимизации риска этого воздействия необходимо, прежде всего, понять, каким образом эти факторы могут влиять на человека и его здоровье. При этом следует иметь в виду, что последствия изменения климата для здоровья населения различны для жителей разных регионов, сельчан и горожан, разных возрастных групп и профессий. Так, например, очевидно, что южане лучше адаптированы к жаре, а народы Севера – к холоду. В результате широкомасштабных международных исследований глобального изменения климата и региональных аспектов этого процесса стало очевидно, что глобальное потепление меняет условия жизни и состояние здоровья населения в большинстве регионов мира. Основные сведения о воздействии климатических изменений на уязвимость и здоровье населения различных регионов мира представлены в Докладах межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) [3] и большом количестве научных работ климатологов и медиков всего мира. Основные пути воздействия изменения климата на здоровье человека представлены на рис. 2. Здесь схематически показаны направления воздействия различных факторов и перечислены показатели, которые меняются в первую очередь. По данным Докладов МГЭИК, современное изменение климата и состояния атмосферы способствуют глобальной распространенности различных заболеваний и росту преждевременной смертности. Это связано как с изменениями синоптической ситуации и экосистем, так и с изменениями качества и количества воды, воздуха и продовольствия, условий жизни и экономики. На раннем этапе упомянутые эффекты незначительны, но, согласно прогнозам, будут постепенно возрастать во всех странах и регионах. Нельзя также забывать и о стрессах и несчастных случаях при возникновении экстремальных явлений, которые уже сейчас стали более сильными и частыми.
Рис.2. Цепочки климатических изменений окружающей среды, воздействующих на образ жизни и здоровье человека.
По данным Докладов МГЭИК, современное изменение климата и состояния атмосферы способствуют глобальной распространенности различных заболеваний и росту преждевременной смертности. Это связано как с изменениями синоптической ситуации и экосистем, так и с изменениями качества и количества воды, воздуха и продовольствия, условий жизни и экономики. На раннем этапе упомянутые эффекты незначительны, но, согласно прогнозам, будут постепенно возрастать во всех странах и регионах. Нельзя также забывать и о стрессах и несчастных случаях при возникновении экстремальных явлений, которые уже сейчас стали более сильными и частыми.
Воздействие климатических изменений на человека может быть прямым: например, мерзлота протаяла, разрушился дом или дорога, пострадали люди. Возможны также сложные цепочки воздействий. Например, изменения в неживой природе (голубые элементы схемы на рис. 2) приводят к изменениям состава и распространения растительности, это меняет питание животных, которых человек употребляет в пищу. Еще пример: изменились сроки снегозалегания или море затопило места гнездования и кормления каких-то птиц, они изменили пути своих миграций и перестали прилетать туда, где их традиционно использовал в пищу человек. Или, например, при более высокой температуре в окружающей среде стали выживать бактерии и вирусы, ранее в этих регионах не встречавшиеся, что может приводить к заражению и заболеванию животных и человека новыми болезнями. Сельские жители, проживающие в небольших, изолированных сообществах с неразвитой системой социальной поддержки, слабой инфраструктурой, с плохо развитой или несуществующей общественной системой здравоохранения являются наиболее уязвимыми. Поэтому основное внимание в Докладах МГЭИК и других международных исследованиях уделяется странам Африки и Юго-Восточной Азии. Наоборот, народам Севера и, в частности, коренным народам Российской Арктики внимания уделяется явно недостаточно. Однако именно в Арктике изменения климата проявляются особенно ощутимо [4].
На протяжении нескольких последних десятилетий средняя температура в Арктике росла почти в два раза быстрее, чем средняя глобальная. Таяние ледников и морского льда, рост температуры в районах вечной мерзлоты и ее таяние дополнительно указывают на сильное потепление в этом регионе.
Как известно, лед на поверхности Северного Ледовитого океана является одной из наиболее важных климатических составляющих арктического региона. Это ключевой индикатор и фактор стабильности или изменения климата, влияющий на отражательную способность поверхности, на облачность, влажность, обмен теплом и влагой на поверхности океана и океанические течения. Поскольку сезонные вариации распространенности и толщины льда в Арктике в последние годы претерпевают все большие изменения [5], он уже не обеспечивает климатическую стабильность в регионе. Более того, уменьшение год от года площади поверхности океана, занятой льдом (уменьшение альбедо подстилающей поверхности и изменение теплообмена между ней и нижними слоями атмосферы), «запускает» едва ли не самую эффективную положительную обратную связь в процессе потепления в Северном полушарии [6].
Поэтому климатические изменения в Арктике и их влияние на жизнь и здоровье местного населения можно рассматривать как упреждающие показатели значимости глобального потепления для окружающей среды и общества в масштабе всей планеты. Основные наиболее общие последствия этих изменений, которые уже сказываются на различных природных объектах, на животных и птицах, на целых экосистемах Арктики, на самочувствии и здоровье людей, проживающих в Арктике [4], постепенно начнут проявляться и в более низких широтах. Возможно, они будут обладать рядом региональных особенностей, но наиболее общие черты и пути этих воздействий можно обнаружить уже сейчас в северных странах и территориях, а значит – готовить и проводить мероприятия по их ослаблению не только там, но и в более южных регионах. Изменение климата происходит на фоне многих других изменений, в том числе, изменений в обществе (рост населения, технологические инновации, либерализация торговли, урбанизация, стремление к самоопределению, развитие туризма и так далее). Все эти изменения взаимосвязаны, и последствия этих явлений будут сильно зависеть от взаимодействия между ними. Некоторые будут усугублять воздействия, вызываемые меняющимся климатом, тогда как другие могут их ослабить. Какие-то изменения будут повышать способности человека адаптироваться к изменениям климата, другие же будут ограничивать его адаптационные способности. Степень, до которой человек может сопротивляться, или порог, когда он станет уязвимым по отношению к изменениям климата, зависят от совокупных нагрузок, которым он подвергается, так же как и от его способности приспособиться к этим изменениям. Также на адаптационную способность человека очень сильно влияют политические, юридические, экономические, социальные и другие факторы.
Атмосферный перенос и другие пути поступления стойких экотоксикантов в элементы пищевых цепей в северных регионах России
В атмосфере – одной из составляющих окружающей среды – происходит относительно быстрое (в течение нескольких суток) распространение стойких загрязнений, образующихся в результате человеческой деятельности, на дальние расстояния (в Арктике до 5-10 тыс. км) [7]. Поэтому даже в областях, удаленных от развитых промышленных зон, ощущается «дыхание» таких гигантских индустриальных регионов как Урал, Норильск, Кольский полуостров и др. Например, загрязнение свинцом окружающей среды в Арктике происходит, в основном благодаря дальнему переноса этого металла атмосферными потоками на аэрозольных частицах [8]. Современные методы получения и анализа метеорологической информации позволяют оценивать среднее воздействие крупных промышленных регионов на природные среды и объекты как близлежащих, так и удаленных территорий [9] (рис. 3).
Рис. 3. Средние распределения в воздухе тяжелых металлов от промышленных территорий Кольского полуострова и Норильска в январе 1990-х годов. Заштрихованы области, куда вносят вклад оба источника. Шкала – в условных единицах.
Воздушные потоки переносят загрязняющие вещества, которые вымываются осадками на поверхность суши и моря, загрязняя другие природные объекты – почвы, водоемы, растительность. Тепловые процессы играют важную роль в формировании распределения загрязнений между воздухом, сушей и водой. Прогнозируемые изменения полей ветра, осадков, и температуры могут, таким образом, изменить пути поступления загрязняющих веществ, районы и величину осаждения загрязнений в том или ином месте (рис. 4 и 5). При этом ярко проявляется сезонная и пространственная изменчивость изучаемых процессов. Так, из рис. 5 видно, что в последнее десятилетие в ряде районов вблизи границы Арктики принципиально изменилось даже направление переноса воздуха и содержащихся в нем примесей: в январе – на участках от 60° до 100° в.д. и вблизи 180° в.д., в апреле – от 180° до 220° в.д.
Рис. 4. Изменения (в 1990-х годах по сравнению с 1980-ми) средних пространственных распределений тяжелых металлов, поступающих в атмосферу от предприятий Норильска, в разные месяцы. Шкала – в условных единицах.
Рис. 5. Изменение средней меридиональной составляющей скорости ветра в нижней тропосфере (0 – 5 км) на широте 70° с.ш. в 1997-2007 гг. по сравнению с 1961-1990 годами. Положительные значения – направление на север, отрицательные – на юг. Внизу – карта прилегающих территорий.
В последние годы более интенсивное таяние многолетнего морского льда, ледников и вечной мерзлоты приводит к быстрым выбросам большого количества загрязняющих веществ, которые накапливались в этих средах в течение многих лет или десятилетий. Это усиливает загрязнение и усложняет картину пространственного распределения экотоксикантов в окружающей среде северных регионов. Существуют и другие механизмы изменения путей переноса загрязняющих веществ в Арктику в современных условиях [10]. Полученные недавно факты подтверждают, что миграции лосося сильно меняются вследствие изменения климата, и что тихоокеанский лосось может реагировать на изменение климата, перемещаясь на север в арктические реки и озера, принося туда загрязняющие вещества из Тихого океана. В некоторые озера рыба может приносить больше устойчивых органических соединений (УОС), чем атмосферные осадки. Аналогично, изменяющиеся пути миграции птиц, могут переносить загрязняющие вещества и способствовать их накоплению на отдельных водосборах, ранее не подвергавшихся такому воздействию. Загрязняющие вещества попадают в организм человека не только непосредственно из воздуха (в процессе дыхания или осаждения на кожные покровы) и воды (при питье, мытье и т.д.), но также с растительной и животной пищей. А различные растения и животные обладают разными способностями накапливать загрязнения из окружающей среды. На рис. 6 представлены данные 2001 года [4] о содержании тяжелых металлов (свинец и кадмий) в различных тканях и органах животных в Российской Арктике. Учитывая, что ПДК этих веществ в мясе – 0,5 мкг/г [4, 11] для Pb и 0,03 мкг/г [11] или 0,2 мкг/г [4] для Cd, понятно, что уже сейчас использовать мясо этих животных в пищу небезопасно. Тяжелые металлы – стойкие токсичные вещества, попадая в организм человека даже в небольших дозах, накапливаются там и усиливают или провоцируют заболевания (онкологические, сердечно-сосудистые, легочные, нервно-психические и др.), вызванные, возможно, другими причинами [12]. Время выведения этих веществ из организма человека составляет 20–40 лет. В больших дозах они могут сами вызывать необратимые изменения в человеческом организме. Например, отравление свинцом ведет к размягчению костной ткани и может вызывать (кроме других заболеваний) остеопороз, который в последние годы довольно широко распространен особенно среди жителей мегаполисов. Кадмий, как хорошо видно из рис. 6, накапливается в печени и почках и разрушает кроветворную систему.
Таким образом, изучение процессов распространения и накопления загрязнений в различных средах, их миграции в природных трофических цепях – одна из важных составляющих оценки и прогнозирования степени воздействия этих веществ на организм человека.
Рис. 6. Содержание свинца и кадмия в различных тканях и органах животных, в мясе дикой птицы и рыбы пресноводного арктического водоема в Российской Арктике, 2001г. [4]. Влияние на здоровье человека
В ряде международных исследований проводится своеобразная мысль, что для некоторых коренных народов Севера глобальное потепление может способствовать росту качества жизни (например, за счет появления зон земледелия и расширения сфер деятельности) и укреплению здоровья (при менее холодном климате). Однако изменение привычных условий жизни и возможное распространение непривычных заболеваний, свойственных более теплому климату, может иметь более быстрые и очень заметные негативные последствия.
Изменение климата будет продолжать оказывать воздействие на здоровье человека. Сообщества, чье существование зависит от охоты и рыболовства, особенно использующие только малое число видов, окажутся уязвимыми к тем изменениям, которые тяжело отражаются на этих видах (например, сокращающийся морской лед и его воздействие на кольчатую нерпу и белого медведя). Возраст, образ жизни, пол, доступ к ресурсам и другие факторы влияют на индивидуальную и коллективную способности к адаптации. Историческая способность к переселению, как средству адаптации к изменяющимся климатическим условиям, значительно снизилась даже в Арктике, поскольку большая часть населения перешла на оседлый образ жизни. Как уже отмечалось, существуют как неблагоприятные, так и благоприятные воздействия изменения климата на здоровье человека. Прямое положительное воздействие может включать в себя снижение негативного влияния холода, например, обморожений и гипотермии, и уменьшение стрессов, вызванных холодом. Показатели смертности выше зимой, чем летом, и более мягкие условия в зимний сезон в некоторых областях могут снизить количество смертных случаев в течение зимних месяцев. Прямые отрицательные воздействия, вероятно, будут включать в себя рост тепловой нагрузки и числа несчастных случаев, связанных с необычными ледовыми и погодными условиями.
Косвенные эффекты состоят в воздействии на рацион питания из-за изменений в доступности и возможности использования источников пищи, а также в увеличении психологических и социальных нагрузок, связанных с изменениями в окружающей среде и образе жизни, с потенциальными изменениями в скорости развития бактерий и вирусов, с эпидемиями из-за санитарно-гигиенических проблем.
Переход к новому типу диеты, как известно, увеличивает риски появления рака, тучности, диабета и сердечно-сосудистых болезней среди северного населения [4, 10].
Сокращение промысловых видов, таких как лосось, вероятно, создаст экономическое трудности и проблемы для здоровья, связанные со снижением доходов в небольших сообществах. Качество питьевой воды и надлежащая система ее очистки являются критически важными для поддержания здоровья человека. Таяние вечной мерзлоты, береговая эрозия и другие изменения, связанные с климатом, отрицательно действуют на качество питьевой воды, ограничивают ее доставку или причиняют прямой ущерб системам ее очистки. Это может, вероятно, привести к неблагоприятным последствиям для здоровья человека. Интенсивные осадки также могут вызывать потопы и, в зависимости от существующей инфраструктуры, загрязнение источников воды.
Неожиданным результатом таяния мерзлоты в Арктике является опустынивание ряда районов [5], где поверхностная влага уходит в более глубокие слои грунта, что принципиально меняет доступность и источники питьевой воды, а также растительный и животный мир на поверхности.
Климат исторически ограничивал диапазон ряда переносимых насекомыми болезней. Однако изменение климата и наличие адаптировавшихся носителей болезней создают благоприятные условия для их распространения на север. Лихорадка Западного Нила является свежим примером того, насколько далеко и быстро может распространиться болезнь при своем появлении в новом регионе (рис. 6). Вирус лихорадки Западного Нила может инфицировать много видов птиц и млекопитающих (включая людей) и передается комарами. На восточном побережье Северной Америки он впервые был выявлен в 1999 г. и к 2002 г. распространился по 43-м штатам и шести канадским провинциям. Несмотря на то, что вирус происходит из тропической Африки, он приспособился ко многим североамериканским комарам, и (на данный момент) к более чем 110 видам североамериканских птиц, некоторые из которых мигрируют даже в Арктику, где также обнаружены виды комаров, способные переносить этот вирус.
Рис. 6. Распространение лихорадки Западного Нила по территории Северной Америки: умершие птицы, прошедшие тестирование (желтое поле), положительный тест на вирус у живых птиц (розовое поле) [4].
Психическое здоровье человека, вероятно, тоже будет подвержено воздействиям, вызванным изменением климата. В первую очередь, это приведет к сокращению возможностей для привычных видов деятельности и, возможно, отказ от них. Наводнения, эрозия берегов и таяние вечной мерзлоты могут отрицательно влиять на среду обитания и инфраструктуру в поселках, приводить к переселениям людей и распаду сообществ с вытекающими отсюда последствиями для человеческой психики.
Разнообразие климата, жизненных укладов и национальных традиций влияют на способы, длительность и другие условия потребления населением различных продуктов и степень его уязвимости загрязняющими веществами. Все это создает на огромной территории России очень сложную многообразную картину антропогенного воздействия через атмосферу на здоровье человека. Изученность названных и других аспектов этого воздействия пока очень низка. В наиболее развитых и густонаселенных областях работы в этом направлении более активны и продуктивны. Для удаленных районов окраин России информации либо нет совсем, либо она крайне ограничена. Это касается как исследований атмосферных процессов и мониторинга загрязнения природных сред [13, 14], так и изучения заболеваемости и показателей здоровья населения [12].
Литература:
1. Декларация тысячелетия Организации Объединенных Наций. Утверждена резолюцией 55/2 Генеральной Ассамблеи от 8 сентября 2000 года
2. Виноградова А.А., Шевченко В.П. Роль атмосферных аэрозолей в загрязнении Северного Ледовитого океана и его морей // Оптика атмосферы и океана. 2005. Т. 18. № 5- 6. С. 387- 394.
3. IPCC, 2007, Fourth Assessment Report, Working Group 1, 2 and 3. www.ipcc.ch
4. Persistent Toxic Substances, Food Security and Indigenous Peoples of the Russian North. Final Report. Oslo, Norway: АМАР, 2004. 192 рр.
5. Global outlook for ice&snow. UNEP/GRID-Arendal, Norway: UNEP, 2007.
6. State of the Arctic Report. NOAA OAR Special Report, NOAA/OAR/PMEL: Seattle, WA, 2006. 36 pp.
7. AMAP Assessment 2002: The Influence of Global Change on Contaminant Pathways to, within, and from the Arctic. Oslo, Norway: АМАР, 2004. 65 рр.
8. Аэрозоли Арктики и их влияние на окружающую среду [Шевченко В.П., Лисицын А.П., Виноградова А.А., Смирнов В.В., Штайн Р.] // Аэрозоли Сибири / Отв. ред. д.ф.-м.н. К.П. Куценогий. Новосибирск: Изд-во СОРАН. 2006. – 548 с.
9. Виноградова А.А., Пономарева Т.Я. Источники и стоки антропогенных микроэлементов в атмосфере Арктики: тенденции изменения с 1981 по 2005 г. // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20. № 6. С. 471-480.
10. ACIA, Impacts of Warming Arctic: Arctic Climate Impact Assessment. Cambridge University Press, 2004. 140 pp.
11. Юфит С.С. Яды вокруг нас. Вызов человечеству. М.: Классикс Стиль, 2002. 368 с.
12. Анисимов О. А., Гинзбург А. С., Грицевич И. Г., Кокорин А. О., Маграф Джон, Стеценко А. В., Ревич Б. А., Хилл Антони, Честин И. Е. Россия и сопредельные страны: природоохранные, экономические и социальные последствия изменения климата. WWF России, OXFAM. – М., 2008. – 64 с.
13. Обзор загрязнения природной среды в Российской Федерации за 2003 г. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. 153 с.
14. Обзор загрязнения природной среды в Российской Федерации за 2006 г. СПб.: Гидрометеоиздат, 2007. 162 с.
15. Ginzburg A. How to avoid the unmanageable and manage the unavoidable climate changes. UN Chronicle. No. 2. 2007. P. 7-8.