Autori: Māris Kļaviņš, Jānis Zaļoksnis

Vides zinību apakšgrupas mācību materiāls

1. CILVĒKS UN VIDE

Ievads

Mācību materiālā profesionālajā izglītībā iesaistīto vispārizglītojošo mācību priekšmetu pedagogiem aprakstītas pamatkoncepcijas par Zemes un vides sistēmām ap mums un cilvēka ietekmi. Mācību materiāla mērķis ir izveidot priekšstatu par cilvēka darbības dimensijām un apjomu un parādīt to, ka cilvēce mūsdienās ir kļuvusi par vienu no „dabas spēkiem”, kura intensitāte un apjoms ir salīdzināms ar dabā notiekošajiem procesiem. Mācību materiāla apguves uzdevumi ir sekmēt priekšstata izveidi par sistēmisku pieeju procesiem vidē un sabiedrībā, respektīvi, nevis tikai attīstīt starppriekšmetu saikni (integrējot fizikas, ķīmijas, bioloģijas, ekonomikas un citu zinātņu priekšstats), bet parādīt, ka tas, ko sauc par zinātņu nozarēm aplūko cilvēkam un cilvēcei būtiskās problēmas no viena izvēlēta redzes punkta, bet tajā pat laikā ir kritiski svarīgi izvirzītos jautājumus aplūkot tos aptverošā kontekstā un analizēt sistēmiski.

Mācību materiāla 4 nodaļās aplūkoti jautājumi par vides sistēmām, vielu plūsmām vidē un cilvēka ietekmēm uz tām un cilvēka ietekmes raksturu – vides piesārņojumu un tā sekām. Mācību materiāla apguves rezultātā paredzams, ka izveidosies priekšstats par vides sistēmām un to mijiedarbības raksturu, kompetences kā raksturot cilvēka ietekme un tiks sekmēta vides apziņas un atbildības izveide par ikviena sabiedrības locekļa kolektīvo un individuālo atbildību, ietekmējot vidi ap mums līdz ar to sekmējot jautājumu par ilgtspējīgu attīstību apguvi.

Mācību materiāla nodaļas

• Zemes sistēmas: litosfēra, hidrosfēra, atmosfēra, biosfēra
• Vielu un enerģijas aprite uz Zemes
• Vides piesārņojums un vides kvalitātes degradācija
• Gaisa, ūdeņu un augsnes piesārņojums

1.1. Zemes sistēmas: litosfēra, hidrosfēra, atmosfēra, biosfēra

Pasaule ap mums ir izkārtota noteiktā sistēmā. Dzīvie organismi un arī cilvēks var ietekmēt uz Zemes noritošos procesus, piemēram, vielu plūsmas, klimatu, ūdeņu apriti.

Vides zinātne – zinātne par vides sistēmām

Viss ir saistīts ar visu! Visi dzīvās un nedzīvās dabas elementi un procesi ir savstarpēji saistīti – tie ietekmē cits citu. Tomēr šajās neskaitāmajās sakarībās iezīmējas atsevišķu elementu vai procesu grupas, kas ir saistītas ciešāk, piemēram, pulksteņa mehānisma sastāvdaļas, datora mikroshēmas komponenti vai vienas ģimenes locekļi. Jebkuram minēto elementu kopumam piemīt noteiktas funkcijas: pulkstenis rāda laiku, dators apstrādā informāciju, ģimene audzina jaunos sabiedrības locekļus.

Savstarpēji saistītu elementu kopumu, kas veic noteiktas funkcijas, sauc par sistēmu (no grieķu val. systema – ‘vesels, sastāvošs no daļām’). Sistēmu teorija klasificē sistēmas pēc to sarežģītības pakāpes. Dabas sistēmas, kuras veido Zeme un viss, kas uz tās atrodas, ir ļoti sarežģītas sistēmas.

Pirms apmēram 4,6 miljardiem gadu, kondensējoties gāzu un putekļu mākonim starpzvaigžņu telpā, izveidojās Saule un planētas. Zeme funkcionē kā noteiktas sistēmas (sfēras): atmosfēra, hidrosfēra un litosfēra, starp kurām pastāv vielu un enerģijas plūsmas. Zemes sfēras atšķiras pēc sastāva, masas un tajās noritošajiem procesiem (1. tabula), kuros attiecīgo sfēru veidojošās vielas apmainās (piemēram, ūdens iztvaikošanas, kondensācijas, ūdeņu noteces cikls) (2. tabula).

1. attēls. Zeme no Kosmosa.

1. tabula

Zemes struktūras galvenie elementi

	Ķīmiskie elementi	Vielas stāvoklis
Atmosfēra	N2, O2, H2O, CO2, Ar	gāzveida
Hidrosfēra	H2O (ūdens, ledus), ūdenī izšķīdušas vielas (Na+, Ca+2, Cl-)	šķidrs, ciets
Biosfēra	organiskas vielas, H2O	šķidrs, ciets
Litosfēra: garoza mantija kodols	silikāti, karbonāti, sulfīdi, oksīdi silikāti (olivīns, piroksēns) dzelzs un niķelis	ciets ciets šķidrs (kodola centrs – ciets)

2. tabula

Zemes galveno sastāvdaļu masa un vielu aprites laiks tajās

	Masa, kg	Aprites laiks, gadi
Biosfēra Atmosfēra Hidrosfēra Garoza Mantija Kodols	4,2 ´ 1015 5,2 ´ 1018 1,4 ´ 1021 2,4 ´ 1022 4,0 ´ 1024 1,9 ´ 1024	60 0,2 1600 >3 ´ 107 >108 nemainās

Sistēmas var būt atvērtas vai slēgtas. Atvērtā sistēmā vielas un enerģijas plūsmas netiek ierobežotas. Okeāns ir atvērta sistēma attiecībā pret Zemes ūdeņu kopumu – hidrosfēru. Zeme ir uzskatāma par slēgtu sistēmu attiecībā pret vielu plūsmām (Zemes masu papildina relatīvi neliels daudzums nokritušo meteorītu, un nedaudz vielas aizplūst Visumā no atmosfēras augšējiem slāņiem), bet par atvērtu sistēmu attiecībā pret enerģijas plūsmām (Zeme saņem enerģiju no Saules, bet daļu saņemtās enerģijas atstaro kosmiskajā telpā). Sistēmas raksturo to spēja reaģēt uz dažādām ietekmēm – atgriezeniskā saite, kas var būt pozitīva vai negatīva. Atbildes reakcija ir pašregulējoša vai stabilizē sistēmas stāvokli un nodrošina sistēmas uzturēšanu relatīvi konstantos apstākļos. Pozitīva atgriezeniskā saite veidojas, ja iedarbība uz sistēmu noved pie tālākas sistēmas darbības pieauguma.

Klasisks negatīvās atgriezeniskās saites piemērs nedzīvajās, tehniskajās sistēmās ir Vata regulators (2. attēls), kurš, palielinoties svērteņa rotācijas ātrumam, samazina tvaika padevi cilindrā un tādējādi nodrošina pastāvīgu dzinēja apgriezienu skaitu.

2. attēls. Negatīvās atgriezeniskās saites princips Vata regulatorā.

Jo intensīvāk darbojas tvaika mašīna, jo ātrāk griežas centrbēdzes mehānisms, tādēļ tvaika padeves vārsts aizvien ciešāk noslēdz tvaika padevi, regulējot mašīnas darbību.

Faktors, kas nozīmīgi ietekmē uz Zemes noritošos procesus, ir dzīvo organismu kopums uz tās – biosfēra. Dzīvība aizsākās apmēram 1,6 miljardus gadu pēc Zemes izveidošanās, un tā ir ļoti būtiski ietekmējusi planētu. Kopš dzīvības izcelšanās daudzi organismu veidi ir attīstījušies, piedzīvojuši uzplaukumu un izzuduši. Cilvēku eksistence uzskatāma tikai par vienu posmu Zemes attīstības vēsturē. Tomēr no cilvēka redzes viedokļa tas ir pats nozīmīgākais posms Zemes pastāvēšanā, un līdz ar to arī izpratne par to, kā mēs varam ietekmēt ap mums esošo vidi, ir būtiska. Cilvēka darbība mūsdienās spēj ietekmēt uz Zemes noritošos procesus. Visu Zemes ūdeņu kopumu (hidrosfēru), troposfēru un Zemes garozas augšējo daļu ietekmē dzīvība.

Jebkuras zinātnes nozares mērķis ir pētīt kādu konkrētu objektu. Vides zinātne pēta sarežģītas sistēmas, līdz ar to vides zinātni var definēt arī kā zinātni par Zemes sistēmām, to mijiedarbību un cilvēka ietekmi uz tām.

Atmosfēra, hidrosfēra un litosfēra

Atmosfēra ir viena no trim Zemes sastāvdaļām (atmosfēra, hidrosfēra un litosfēra). Visās šajās daļās pastāv dzīvība. Atmosfēra sastāv no vielām gāzveida stāvoklī (O₂, N₂), hidrosfēra sastāv no ūdens un tajā izšķīdušām vielām. Lielu daļu Zemes masas veido litosfēra, bet pēc uzbūves tā ir izteikti heterogēna.

Kopējā atmosfēras masa ir 5,2 ´ 10¹⁸ kilogrami jeb apmēram viena miljonā daļa no visas Zemes masas, un salīdzinājumā ar hidrosfēras un litosfēras masu tā ir relatīvi niecīga (2. tabula). Atmosfēru raksturo intensīvi vielu un enerģijas aprites procesi, un salīdzinājumā ar pārējām Zemes sfērām tā ir vismainīgākā. Atmosfērai ir liela nozīme Zemes siltuma bilancē. Atmosfērā tiek izkliedēta Saules enerģija, tā uzturot siltuma bilanci un klimatu. Ūdens tvaiki un ogļskābā gāze, kas ir atmosfēras sastāvā, atstaro atpakaļ daļu no Zemes virsmas izstarotā siltuma, tādējādi ievērojami paaugstinot temperatūru uz Zemes.

Zemes attīstības laikā atmosfēras sastāvs ir mainījies, un pašreiz tas atspoguļo zināmu dinamiskā līdzsvara stāvokli, ko veido ģeoķīmiskie, dzīvajā dabā noritošie procesi un cilvēka darbība. Vienlaikus atmosfēra tās pašreizējā veidā ir ilgas evolūcijas iznākums. Pēc Zemes izveidošanās sākotnējā atmosfēra sastāvēja no metāna, amonjaka, ūdens tvaikiem un ūdeņraža. Šī atmosfēra pat ar visai īsu viļņa garumu neaizkavēja elektromagnētisko starojumu no kosmiskās telpas, un tā iedarbojās ķīmiski reducējoši. Tāpēc pirmie dzīvie organismi attīstījās ūdens vidē, kas pasargāja no elektromagnētiskā starojuma ar īsu viļņa garumu un nepieļāva organisko vielu (īpaši DNS, olbaltumvielu) sabrukšanu. Atmosfēras sastāva izmaiņas ietekmēja fotosintezējošo organismu attīstība – tie spēj saistīt ogļskābo gāzi un ūdeni, veidojot ogļūdeņražus un skābekli. Vienlaikus, pieaugot skābekļa koncentrācijai gaisā, izveidojās Zemes ozona slānis un atmosfēras sastāvs, kāds pastāv mūsdienās. Atmosfēras evolūcijai bija raksturīga arī ūdeņraža koncentrācijas pazemināšanās, tam saistoties ķīmiskos savienojumos, kā arī izkliedējoties kosmiskajā telpā. Līdz ar to fotosintēze un dzīvo organismu attīstība uzskatāma par galveno faktoru kopumu, kas nosaka skābekli saturošu atmosfēru mūsdienās.

Kaut arī atmosfēras masa nav liela (0,00009% no Zemes masas, 0,044% no Zemes garozas masas, 0,6% no hidrosfēras masas), tās loma ir milzīga, atmosfēras atomi atrodas pastāvīgā vielas apmaiņā ar litosfēru, biosfēru un hidrosfēru, aktīvi līdzdarbojas daudzos vielu un elementu migrācijas procesos. Atmosfēras pastāvēšana ir dzīvības priekšnosacījums uz Zemes, savukārt, dzīvības procesi ļoti būtiski iespaido tās sastāvu. Cilvēka darbības dēļ notiek izmaiņas visās Zemes sistēmās, bet visbūtiskāk tā skar tieši atmosfēru. Atmosfēras īpatnības ir kustīgums un tajā notiekošās fizikāli ķīmiskās pārvērtības, kas būtiski ietekmē procesus uz Zemes. Atmosfēru var uzskatīt par barjeru, kas pasargā dzīvības procesus uz Zemes, jo atmosfērā tiek absorbēts kosmiskais starojums un liela daļa Saules elektromagnētiskā starojuma, kas varētu radīt dzīvos organismus veidojošo organisko vielu sabrukšanu. Starojums ar lielāku viļņa garumu un mazāku enerģiju var sasniegt Zemes virsmu, taču starojums ar īsāku viļņa garumu (ultravioletais starojums, rentgenstari, g stari) tiek saistīts atmosfēras augšējos slāņos. Liela ir atmosfēras loma Zemes siltuma bilances veidošanā. Atmosfēras sastāvā esošo ogļskābo gāzi augi izmanto fotosintēzei, bet skābekli – dzīvie organismi elpošanai. Atmosfērai ir izšķiroša loma vielu aprites globālajos ciklos (oglekļa, sēra, slāpekļa, metālu) un ūdens hidroloģiskajā ciklā. Atmosfērā sadeg arī ievērojama daļa meteorītu masas, kuri nāk no kosmiskās telpas.

Atmosfēras augstais kustīgums nodrošina to, ka piesārņojums, kas rodas vienā Zemes reģionā, tiek pārnests uz citiem reģioniem un var tikt izkliedēts pat globālā mērogā. Liela daļa biosfērā noritošo procesu neapšaubāmi ir atkarīgi no gaisa sastāva, kas tiek izmantots dzīvības procesu nodrošināšanā, un vispirms tas attiecas uz organismiem, kuru uzbūve ir sarežģītāka. Toksiskās vielas pat mikrodaudzumā, ja tās tiek uzņemtas ilgāku laiku, var ievērojami ietekmēt cilvēka veselību.

3. attēls. Zemes atmosfēras un temperatūras mainība atkarībā no attāluma līdz Zemes virsmai

Atkarībā no augstuma visai ievērojami var mainīties arī temperatūra un atmosfēras ķīmiskais sastāvs. Atmosfērai ir slāņaina uzbūve, tāpēc atkarībā no attāluma līdz Zemes virsmai daudzi tās raksturlielumi un sastāvs mainās neviendabīgi (3. attēls). Augšējie atmosfēras slāņi pēc sastāva stipri atšķiras no apakšējiem, kuri ir ievērojami blīvāki un kuros koncentrēta atmosfēras gāzu pamatmasa (gaisa masa Zemes virsmai tuvākajos 30 kilometros veido 99% no atmosfēras kopējās masas). Zemes atmosfēra atrodas dinamiskā līdzsvara stāvoklī. Ja atmosfēras spiediens mainās vienmērīgi, temperatūras izmaiņas notiek lēcienveidīgi atkarībā no attāluma līdz Zemei. Atmosfēras augšējos slāņos kosmiskās telpas elektromagnētiskais starojums ar augstu enerģiju rada atmosfēras sastāvdaļu jonizāciju, spējot sašķelt pat stabilās ūdens vai slāpekļa molekulas. Lielajā retinājumā sadursmes ar elektromagnētiskā starojuma kvantiem piešķir gāzu molekulām lielu ātrumu. Vienlaikus šie procesi nosaka elektromagnētiskā starojuma sorbciju, kas ir visintensīvākā tieši atmosfēras augstākajos slāņos, bet ievērojamā mērā notiek arī zemākās atmosfēras zonās.

Zemes virsmai tuvāko zonu sauc par troposfēru. Troposfēras augstumu un tajā noritošos procesus ietekmē Zemes forma, gaisa masu kustības raksturs un daudzi citi faktori, tajā skaitā arī antropogēnie. Pie troposfēras augšējās robežas notiek ūdens tvaiku kondensācija, un līdz ar to tiek novērsta to nokļūšana augstākos atmosfēras slāņos, kur ūdens molekulas fotoķīmiskās reakcijās varētu sadalīties, bet veidotais ūdeņradis izkliedēties kosmiskajā telpā.

Stratosfēru raksturo gaisa temperatūras pieaugums, palielinoties attālumam no Zemes virsmas, – to nosaka tajā noritošās fotoķīmiskās reakcijas, kuras vispirms saistās ar ozona molekulu veidošanos un sabrukšanu, kā arī intensīvu ultravioletā starojuma sorbciju.

Atmosfēras augšējos slāņus veidojošo gāzu koncentrācija ir ievērojami zemāka – tās eksistē jonizētā stāvoklī un ir pakļautas augstas enerģijas elektromagnētiskā starojuma iedarbībai, kas nāk no Saules un kosmiskās telpas, tādēļ molekulu kustības ātrums retinātajā vidē ievērojami pieaug. Šajās atmosfēras daļās norit reakcijas, kuru raksturs ievērojami atšķiras no reakcijām Zemes virsmas tuvumā.

Hidrosfēra ir Zemes virsmas un tai tuvējās Zemes garozas daļas ūdeņu kopums, kura lielāko daļu aizņem Pasaules okeāns. Vielu aprite lielā mērā saistās ar ūdens apriti uz Zemes. Ūdens nosaka dzīvības procesu norisi un raksturu uz Zemes, kā arī ir galvenā augstākos dzīvos organismus veidojošā viela. Ūdens veido hidrosfēru, bet būtiski ietekmē arī procesus biosfērā, atmosfērā un, nosakot daudzu ģeoloģisko procesu raksturu, arī litosfērā. Ūdens lomu vidē lielā mērā nosaka ne tikai tā kopējais daudzums uz Zemes, bet arī ūdens kā vielas īpašības.

Hidrosfēras masa ir 1,5 ´ 10¹⁸ tonnu. Hidrosfēras kopplatība (okeāns + ledāji + ezeri + upes + purvi + mitrzemes) ir 383 miljoni kvadrātkilometru, un salīdzinājumā ar Zemes virsmas kopplatību (510 miljoni kvadrātkilometru) hidrosfēra aizņem 75% no tās. Zemes ārējā cietā daļa – litosfēra – sniedzas līdz 200 kilometru dziļumam. Tā ietver Zemes garozu un mantijas augšējo daļu. Zem litosfēras atrodas astenosfēra un augšējā mantija, kuru veido daļēji izkusuši ieži un šķidrs materiāls, kas Zemes virsmu var sasniegt vulkānu izvirdumu laikā. Zemes ārējais kodols ir šķidrs un veido ~30% no Zemes masas, bet iekšējais kodols ir ciets un galvenokārt sastāv no dzelzs un niķeļa (4. attēls).

4. attēls. Zemes iekšējā uzbūve

Biosfēra

Par biosfēru sauc Zemes daļu, kurā ir izplatīti dzīvie organismi. Biosfēra aptver augšējo litosfēras daļu, apakšējo atmosfēras daļu (troposfēru) un visu hidrosfēru. Biosfēra ir gan dzīvo būtņu kopums (biomasa), gan arī dzīves vide. Biosfēra ir telpa, kurā mājo dzīvie organismi dažādā koncentrācijā – no dažām baktērijām kubikmetrā atmosfēras augstākajos slāņos līdz ekvatoriālās zonas tropiskajiem mežiem, kuriem raksturīga ne vien augsta bioloģiskā daudzveidība, bet arī milzīgs īpatņu skaits noteiktā tilpuma vienībā. Biosfēra ir ārkārtīgi sarežģīta dinamiska sistēma, ko iespaido milzīgs skaits dažādu ārēju faktoru, tai skaitā nejaušu: Zemes garozas tektoniskie procesi, apledojumi un klimatiskas katastrofas.

Kopējais pašlaik zināmo augu un dzīvnieku sugu skaits ir gandrīz 3 miljoni, no tām apmēram 300 000 ir autotrofas sugas (spēj radīt primāro biomasu). Visi pārējie organismi ir heterotrofi – primārās biomasas patērētāji. Starp augiem visvairāk ir segsēkļu un sēņu, starp dzīvniekiem –kukaiņu, molusku, posmkāju un mugurkaulnieku.

Kopējo dzīvās vielas masu vērtē no 2,4 × 10¹² tonnām līdz 1 × 10¹³ tonnām sausas vielas, kurā dominē fitomasa (jūras fitoplanktons, meži, zālaugi), bet zoomasas daudzumu vērtē ap 2–10% no kopējā biomasas daudzuma. Dzīvās vielas gada produkcija ir apmēram 2,3 × 10¹¹ tonnu. Dzīvā viela veido 0,01% no Zemes garozas masas, bet, to vienmērīgi izkliedējot Zemes virsmā, izveidotos 2 centimetrus biezs slānis. Visvairāk biomasas ir koncentrēts tropu mežos – vidēji 65 kg/m³, taigā 20–25 kg/m³, melnzemes joslas stepēs – 1 kg/m³, tuksnešos – 0,25 kg/m³. Pēc biomasas koncentrācijas tuksnešiem tuvs ir Pasaules okeāns, kas atsevišķās vietās salīdzināms ar stepēm un savannām. Tomēr jūras organismi ātrāk vairojas un arī sadalās, bioloģiskā aprite ir daudz intensīvāka. Planktons ir lielākā un nozīmīgākā planētas biocenoze. Lai gan dzīvās vielas masa salīdzinājumā ar Zemes garozas masu ir niecīga, tomēr tās aprite ir intensīva. Ir aplēsts, ka visā dzīvības pastāvēšanas laikā planktona radītā un apritē esošā biomasa ievērojami pārsniedz Zemes garozas masu.

Dzīvās sistēmas atšķirībā no nedzīvajām aktīvi mijiedarbojas ar apkārtējo vidi, nemitīgi uzņemot no tās organiskās un neorganiskās vielas un enerģiju un izdalot vidē dzīvības procesu atkritumproduktus. Galvenās dzīvo sistēmu kategorijas ir šūna, organisms, populācija un biocenoze. Šūnām un organismiem piemīt kairināmība – tie aktīvi reaģē uz izmaiņām vidē, aug, attīstās un vairojas. Šūna ir organisma uzbūves pamatelements, vienas sugas organismi veido populāciju, bet sugas, kas ir savstarpēji saistītas vai kurām ir līdzīgas prasības pret apkārtējo vidi, veido sugu sabiedrības jeb biocenozes. Biocenoze un nedzīvā vide (biotops), kurā sugas mājo un kuru tās izmanto un pārveido, kopā veido vēl augstākas kategorijas sistēmu – ekosistēmu, kas apvieno dzīvās un nedzīvās dabas komponentus. Katra suga ir unikāla un neatkārtojama, un tai ir specifiskas un raksturīgas funkcijas ekosistēmā. Visas uz Zemes dzīvojošās organismu sugas iedala četros lielos nodalījumos – valstīs: baktērijas, sēnes, augi un dzīvnieki (vīrusi šajā klasifikācijā netiek iekļauti). Kaut arī klasificēto sugu skaits ir milzīgs, tiek uzskatīts, ka lielāko daļu zinātnieki vēl nav atklājuši, jo saskaņā ar prognozēm kopējais sugu skaits uz planētas varētu būt vismaz 13 miljoni.

Ekosistēmas dzīvos komponentus veido dažādu sugu organismi, kas apdzīvo vienu un to pašu telpas daļu, parasti savstarpēji mijiedarbojas un veido barības ķēdi. Ekosistēmā ietilpstošo sugu kopumu sauc par biocenozi. Visu nedzīvās dabas komponentu (iežu, ūdens, gaisa) kopumu, kurā atrodas biocenoze, sauc par biotopu (5. attēls).

5. attēls. Ekosistēmu veido nedzīvās dabas elementu kopums (biotops) un dzīvo organismu kopums (biocenoze)

Ekosistēmas var būt dažāda lieluma, sākot no mikroekosistēmām, piemēram, trūdošs celms vai ūdens peļķe, un beidzot mezoekosistēmām un makroekosistēmām, piemēram, meža nogabals, ezers, Madagaskaras sala vai Klusais okeāns. Visas planētas ekosistēmas apvienotas megaekosistēmā – biosfērā (6. attēls). Ekosistēmas ir atvērtas sistēmas. Tas nozīmē, ka tās nepārtraukti uzņem un izvada enerģiju un dažādas vielas.

6. attēls. Hierarhiskas ekosistēmas

Visaugstākā līmeņa ekosistēma ir biosfēra. Biosfērā var nodalīt lielākas un pēc dabas apstākļiem viendabīgas teritorijas – biomus. Savukārt biomos var nodalīt mezoekosistēmas, piemēram, atsevišķus meža vai zālāju platības, purvus, ezerus.

Ekosistēmas galvenā funkcija ir dzīvības nepārtrauktības nodrošināšana, ko tā veic, no vienkāršām neorganiskām vielām (gāzēm, ūdens, sāļiem) nemitīgi sintezējot organiskās vielas ar sarežģītu molekulu struktūru – celulozi, cukurus, olbaltumvielas, taukus. Organismiem atmirstot, tie atkal tiek sadalīti vienkāršās vielās. Ekosistēmas tomēr nevar aprakstīt tikai telpiskās kategorijās, jo starp ekosistēmām nav iespējams novilkt precīzas robežas, ja vien tās nav iezīmējusi pati daba, piemēram, kā līniju starp sauszemi un ūdeni. Visbiežāk starp ekosistēmām ir izteikta pārejas zona – ekotons (7. attēls). Tādēļ ekosistēmu kartēs iezīmētās robežas ir visai nosacītas, dabā tādas nepastāv.

7. attēls. Meža ekosistēma robežjoslā ar pļavas ekosistēmu veido mežmalas ekotonu – krūmāju, kurā sastopamas gan pļavas, gan meža sugas

Ekosistēmu raksturo saites jeb attiecības starp dažādām sugām un nedzīvās dabas elementiem, un tās ir ļoti daudzveidīgas. Ekosistēmas iekšienē šīm saitēm ir jābūt ciešākām nekā starp ekosistēmām. Neapšaubāmi svarīgākās ir barības jeb trofiskās attiecības (no grieķu val. trophos – ‘baroties’), kad viena suga izmanto otru kā barību. Trofiskās attiecības pastāv, piemēram, starp augēdāju sugām un augu sugām, starp plēsējiem un upuriem, starp parazītiem un saimniekiem – sugām, uz kurām parazīti dzīvo. Taču bez trofiskajām saitēm ir arī citas starpsugu attiecību formas, piemēram, abpusēji labvēlīgas attiecības jeb simbioze (8. attēls) un tām pilnīgi pretējas – sugu konkurence par barības resursiem vai dzīves telpu.

8. attēls. Ķērpis ir aļģes un sēnes simbioze

Starpsugu attiecības pastāv arī tajos gadījumos, ja viena suga pārtiek no otras sugas barības atliekām, atrod mājvietu otras sugas apdzīvotās vai pamestās vietās vai tikai nejauši brīdina otru sugu par draudošām briesmām. Sugu trofiskās attiecības ir ekoloģisko barības ķēžu un trofisko tīklu uzbūves pamatā (9. attēls). Caur ekoloģisko barības ķēdi plūst enerģija un viela. Trofiskās ķēdes pirmo posmu veido primārie producenti – zaļie augi, kas fotosintēzē ražo organiskās vielas no minerālvielām, ūdens un ogļskābās gāzes, izmantojot Saules enerģiju. Pārējie ķēdes locekļi Saules enerģiju tiešā veidā izmantot nespēj – tie var patērēt tikai to enerģiju, kas ieslēgta zaļo augu masā. Augu saražotās organiskās vielas un tajās uzkrātā enerģija vispirms ir pieejama augēdājiem kukaiņiem, putniem, zīdītājiem un citiem dzīvniekiem, kas pārtiek no augu barības. Augi pamatā sastāv no celulozes – grūti sagremojamas organiskās vielas. Celulozi augēdājiem palīdz sagremot mikroorganismi, kas kā simbionti dzīvo to gremošanas traktā. Šajā simbiozē dzīvnieks nodrošina mikroorganismiem patvērumu savā gremošanas traktā, bet mikroorganismi dzīvniekam palīdz sagremot norīto augu barību. Celulozei kā barībai ir zema enerģētiskā vērtība, tāpēc, lai nodrošinātu sevi ar nepieciešamo enerģiju, zālēdājiem jāēd bieži un ļoti daudz.

9. attēls. Ekoloģiskā barības ķēde jeb trofiskā ķēde

Ekoloģiskā barības jeb trofiskā ķēde atspoguļo organismu barošanās hierarhiju ekosistēmā, kā arī vielu un enerģijas plūsmu tajā. Ekoloģiskajā barības ķēdē izšķir 3–4 trofiskos līmeņus. Pirmais līmenis ietver autotrofos organismus, kas sava ķermeņa vielu veido, izmantojot Saules enerģiju un no augsnes vai ūdens uzņemtas neorganiskas vielas. Autotrofi ir visi zaļie augi, tai skaitā ūdenstilpēs sastopamās aļģes. Zaļie augi vasas vielas veido fotosintēzes ceļā, tādēļ tos sauc par producentiem. Mazāk izplatītas ekosistēmās ir autotrofās baktērijas, kas savu šūnu vielu sintēzei izmanto ķīmisko enerģiju. Visi pārējie barības ķēdes līmeņi ietver patērētājus jeb konsumentus. Otrais līmenis ietver augēdājus jeb fitofāgus. Augēdāji enerģiju un vajadzīgās vielas iegūst, patērējot barībā augus. Trešais līmenis ietver pirmās kārtas plēsējus jeb zoofāgus un parazītus. Tie barībā izmanto augēdājus. Daudzās ekosistēmās arī pirmās kārtas plēsēji ir apdraudēti, jo tos barībā izmanto otrās kārtas plēsēji. Saules enerģijas daudzums, kas pieejams katram nākamajam ekoloģiskās barības ķēdes līmenim, ir ne vairāk kā 10–15%. Tas tādēļ, ka lielākā daļa enerģijas tiek patērēta katra līmeņa organismu vielmaiņai, augšanai, vairošanās procesam un tiek zaudēta siltuma veidā. Tādēļ arī barības ķēdes nemēdz būt garas. Enerģijas daudzuma samazināšanos barības ķēdē parasti atspoguļo katra līmeņa organismu skaits un kopējā biomasa. Augēdāju parasti ir mazāk nekā augu, bet plēsēju – mazāk nekā upuru. Šo likumsakarību atspoguļo ekoloģiskās piramīdas (10. attēls).

10. attēls. Ekoloģiskā skaita piramīda

Enerģijas deficīts un zudumi trofiskajā barības ķēdē ir cēlonis tam, ka ekosistēmā parasti augēdāju ir mazāk nekā augu un plēsēju mazāk nekā upuru.

Barības ķēdē ietilpst arī reducenti, kas enerģiju un vajadzīgās vielas iegūst, sadalot visā barības ķēdē uzkrājušās organismu atliekas un ekskrementus. Šādus organismus sauc par saprotrofiem (no grieķu val. sapros – ‘sapuvis’, trophos – ‘baroties’). Ekoloģiskās barības ķēde ir abstrakts jēdziens, jo daudzas sugas izmanto barībā gan augus, gan dzīvniekus, piemēram, lācis. Tādēļ viena un tā pati suga var ietilpt vairākos trofiskos līmeņos. Barības attiecības starp sugām atspoguļo trofiskais tīkls, kura katrs mezgla punkts simbolizē konkrētu sugu un saišu daudzums ar citiem mezgla punktiem – trofiskās attiecības ar citām sugām ekosistēmā.

Ekoloģiskā barības ķēde tādējādi atspoguļo nevis attiecības starp sugām, bet gan enerģijas un vielu plūsmu ekosistēmā vispār. Trofiskās attiecības starp konkrētām sugām redzamas trofiskajā tīklā (11. attēls).

11. attēls. Trofiskais tīkls

Sugas ar daudzveidīgu barošanos veido tīkla mezgla punktus, bet sugas, kas specializējušās tikai viena barības objekta patērēšanā, tīklam ir piesaistītas ar vienu pavedienu

Dažādu hierarhijas līmeņu ekosistēmas nav norobežotas cita no citas, tās ir saistītas neskaitāmām saitēm. Tādēļ procesi, kas notiek zemāka ranga sistēmā, ietekmē gan vienā līmenī blakus esošas sistēmas, gan arī visas augstāka hierarhijas līmeņa ekosistēmas. To, kāds būs migrējošas putnu sugas, piemēram, melnā stārķa, indivīdu skaits kādā Latvijas rajonā, nosaka šīs sugas izdzīvošanas sekmes Āfrikā.

Amazones lietus mežu izciršana rada ne vien vietējā klimata izmaiņas, bet arī visa Amazones baseina, Dienvidamerikas un Klusā okeāna reģiona izmaiņas kopumā, jo šīs ekosistēmas ar intensīvo ūdens iztvaikošanu un atmosfērā izdalītajām specifiskajām vielām nosaka lietus mākoņu veidošanās augstumu virs reģiona, kas ietekmē arī globālo klimatu. Jāapzinās, ka mūsdienu priekšstati par cēloņu un seku likumsakarībām ekosistēmās vēl ir visai nepilnīgi. Teorētiski nevar izslēgt iespēju, ka nelielas izmaiņas vienā sistēmas elementā var radīt būtiskas izmaiņas visā ekosistēmā. Šo parādību mēdz dēvēt arī par tauriņa spārna efektu, pārfrāzējot teicienu, ka tauriņa spārna vēziens Dienvidamerikas lietus mežā var izraisīt viesuļvētru Eiropā. Neliels fosfora un slāpekļa savienojumu koncentrācijas pieaugums ezerā, ja ir labvēlīga ūdens temperatūra, rada aļģu un cianobaktēriju (zilaļģu) lavīnveidīgu savairošanos, kas būtiski ietekmē visu ezera ekosistēmu.

Ekosistēmu hierarhiskā uzbūve telpiski izpaužas kā biotopu daudzveidība vienā ekosistēmā. Liela biotopu daudzveidība raksturīga ainavu līmeņa ekosistēmām, kur dažāda tipa mežu ekosistēmas mijas ar sausu un mitru pļavu ekosistēmām, augstajiem un zemajiem purviem, kāpu un ezeru ekosistēmām. Savukārt, ainavu līmeņa ekosistēmas ar zemu biotopu daudzveidību mēdz būt lieli cilvēka stādīti mežu masīvi, vienlaidu sējumu platības vai ganības.

Ekosistēmas dzīvais komponents ir sugu sabiedrības – biokopas. Biokopu veido baktērijas, sēnes, augi un dzīvnieki. Šie organismi ir atkarīgi no vides faktoriem (temperatūras, mitruma, augsnes auglības u. c.) un vienlaikus arī paši tos pārveido. Piemēram, augi ar saknēm un nobirām, kā arī dzīvnieki ar rakšanu un ekskrementiem pārveido nedzīvos iežus, un veidojas augsne. Šajā ziņā izcila nozīme ir sliekām. Ievērojamais angļu dabaszinātnieks Čārlzs Darvins tās savulaik salīdzinājis ar zemkopja arklu, jo, tārpiem, kuru skaits mērāms simtos uz kvadrātmetru, nemitīgi barojoties augsnē, caur gremošanas traktu gada laikā iziet gandrīz visa lauka augsnes virskārta. Slieku ekskrementus sauc par kaprolītiem. Tie ir ķīmiski stabili augsnes struktūras elementi un augsnes mikrobioloģisko procesu aktivitātes centri, kas nosaka augsnes auglību.

Biokopu raksturo sugu daudzveidība, ko mēra ar tajā ietilpstošo sugu skaitu. Vislielākā sugu daudzveidība ir tropu lietus mežu un koraļļu rifu ekosistēmās. Piemēram, entomologs Terijs Ervins konstatējis, ka Panamas lietus meža koka lapotnē mitinās caurmērā 1200 vaboļu sugu. Ziemeļu un mērenās joslas mežu ekosistēmās, kur vides apstākļi ir skarbāki, protams, sugu daudzveidība ir ievērojami mazāka. Piemēram, skujkoku mežā augu sugas var viegli saskaitīt uz vienas rokas pirkstiem. Toties meža augsnē mitinās desmitiem dažādu sīku posmkāju un tārpu sugu. Ekosistēmas nemitīgi mainās, attīstās. Vienu biokopu nomaina cita, atšķirīga pēc sugu sastāva. Šo ekosistēmu attīstības procesu dēvē par ekoloģisko sukcesiju. Ekoloģisko sukcesiju uzskatāmākie piemēri ir tīruma aizaugšana ar nezālēm, pārveidošanās par pļavu, pļavas aizaugšana ar krūmiem, krūmāju pārveidošanās par mežu (12. attēls).

12. attēls. Ekoloģiskā sukcesija

Tīruma aizaugšana un egļu meža izveidošanās notiek aptuveni 80–100 gadu laikā. Šajā procesā var nodalīt vairākas stadijas. Katrai no tām raksturīga biokopa ar specifisku augu un dzīvnieku sugu sastāvu.

Ekoloģiskās sukcesijas var būt gan relatīvi īsas, gan arī ļoti ilgas. Laika ziņā īsas ir mikrosukcesijas, kas notiek dažu nedēļu laikā. Turpretī ezera pakāpeniska aizaugšana un pārveidošanās par purvu ilgst gadu tūkstošus (13. attēls). Ezera dibenā pakāpeniski nogulsnējas ūdensaugu un ūdens dzīvnieku atliekas, tas kļūst aizvien seklāks. Aizaugšana notiek arī no ezera krastiem, ezera virsma pamazām sarūk, līdz izzūd pavisam.

13. attēls. Ekoloģiskā sukcesija

Ekoloģiskās sukcesijas galvenā pazīme ir sugu sastāva nomaiņa ekosistēmā, taču paralēli tam mainās arī saražoto organisko vielu masa un produktivitāte – noteiktā laika vienībā saražotās biomasas daudzums. Izmainās arī kopējā dzīvo augu un dzīvnieku biomasa ekosistēmā un tās produktivitāte – saražotās biomasas daudzums vienā laika vienībā. Izšķir primāro un sekundāro sukcesiju. Primārajā sukcesijā ekosistēmas attīstības process sākas uz kailiem iežiem, piemēram, uz vulkāniskās lavas, smilšu kāpā vai grants karjerā. Pirmie parādās mikroorganismi, aļģes, ķērpji un sūnas. Šiem organismiem atmirstot, pamazām uzkrājas organiskās vielas, veidojas augsne, un ieviešas augu un dzīvnieku sugas, kas, ekosistēmai attīstoties, nomaina cita citu. Sekundārajā sukcesijā ekosistēmas attīstība sākas pēc kāda spēcīga ārēja faktora, piemēram, ugunsgrēka, viesuļvētras, meža izciršanas, augsnes uzaršanas u. tml., iedarbības uz ekosistēmu. Šajā gadījumā ekosistēmā jau ir vairāk vai mazāk izveidojusies augsne un biokopa. Saskaņā ar sukcesiju teoriju ekosistēma savas attīstības gaitā virzās uz noteiktu galamērķi – ekoloģisko klimaksu, kuru sasniedzot tā vairs tālāk nemainās.

Arī cilvēks ir ekosistēmas sastāvdaļa – viena no dzīvo organismu sugām, kas atšķirībā no pārējiem organismiem spēj visbūtiskāk ietekmēt šīs sistēmas, izmantot tajās saražoto bioloģisko produkciju, izmainīt sugu sastāvu sev vēlamajā virzienā. Taču, lai sekmīgi apsaimniekotu ekosistēmas, ir labi jāpārzina to funkcionēšanas likumsakarības un sugu struktūra.

Cilvēks ar savu rīcību spēj planētas ekosistēmas gan uzturēt, gan sagraut. Tā kā biosfēras sagraušanas gadījumā nebūtu iespējama arī viņa paša turpmākā eksistence, cilvēks ir objektīvi ieinteresēts ekosistēmu ilgtspējīgā attīstībā. Gadījumos, kad nav pietiekamas informācijas par sistēmu, iejaukšanās tajā drīkst notikt, tikai ievērojot maksimālas piesardzības principu. Nav pieļaujamas darbības, ja pastāv aizdomas, ka tām varētu būt nepieļaujamas sekas. Iejaukšanās sistēmā veicama soli pa solim, pēc katra soļa rūpīgi izvērtējot tā sekas, pirms tiek sperts nākamais.

Uz Zemes notiek nemitīga elementu, vielu un enerģijas aprite, kuru apraksta vielu aprites cikli. Vielu aprites ciklus sauc par bioģeoķīmiskiem cikliem, jo tie ietver daudzas ķīmiskās pārvērtības, ģeoloģiskos procesus, un to veidošanā aktīvi piedalās dzīvie organismi. Vielu (piemēram, ūdens) un elementu (piemēram, skābekļa, sēra, oglekļa) avots ir litosfēra, no kuras vielas var nokļūt atmosfērā un hidrosfērā vulkānu izvirdumos vai iežiem dēdējot. Vielas un elementi no hidrosfēras nokļūst atmosfērā, turklāt nozīmīgi ir procesi, kas saistās ar ūdens apriti dabā. Dzīvie organismi biosfērā asimilē vielas no litosfēras, hidrosfēras un atmosfēras, bet pēc to bojāejas vielas atgriežas ar biosfēru saistītajās vidēs.

Vielu un elementu apriti virza enerģijas plūsmas, kas Zemi sasniedz no Saules. Enerģijas plūsma nosaka fizikālos procesus (piemēram, ūdens iztvaikošanu un kondensēšanos; atmosfēras cirkulāciju, kas rada vēju), kā arī vidē notiekošās ķīmiskās reakcijas. Saules enerģija ir pamatā dzīvo organismu attīstībai. Bioģeoķīmiskai apritei ir pakļauti gan ķīmiskie elementi (piemēram, slāpeklis, magnijs, sērs), gan arī vielas (piemēram, ūdens). Daudzi no vielu apritē esošajiem elementiem veido dzīvo organismu pamatmasu. Ogleklis un skābeklis veido līdz 80% no cilvēka masas. Citi elementi ir atrodami Zemes garozā un ūdeņos mikrodaudzumos, bet arī tie ir nepieciešami dzīvības procesu nodrošināšanai (piemēram, fosfors, bors, varš). Tātad vielu un elementu apriti nosaka gan bioloģiskie, gan ģeoloģiskie procesi, bet pēc būtības vielu un elementu aprites koncepcija atklāj ģeoloģisko pārvērtību raksturu, fizikālos procesus un ķīmiskās reakcijas vidē, kā arī bioloģisko sistēmu (dzīvo organismu) pārvērtības. Vielu aprite ģeoloģiskajā vidē ietver procesus, kas sākušies pēc Zemes izveidošanās. Zemes attīstības gaitā notika cietas garozas rašanās, kuru ietekmēja šķidrā Zemes kodola masas periodiska izlaušanās līdz Zemes virskārtai (1. attēls), veidojot izvirdumiežus. Izvirdumiežiem dēdējot (sabrūkot), to sastāvs pārvērtās un veidojās nogulumieži, kas, savukārt, sablīvējoties veidoja metamorfos iežus (piemēram, pārveidojoties kaļķakmenim, radās marmors).

1. attēls. Nogulumiežu slānis (Devona, Lielbritānija)

Nogulumieži radušies, pārveidojoties Zemes cietā apvalka minerāliem. Tie pārvietojās ar ūdeņu plūsmām un izgulsnējās ūdenstilpēs. Atšķirīga sastāva slāņi parāda vides apstākļu mainību atmosfērā, hidrosfērā un biosfērā.

2. attēls. Iežu aprites cikls dabā

Galvenais enerģijas avots uz Zemes ir Saules enerģija. Galvenie faktori, kas nosaka Saules enerģijas pieplūdi, ir

• starojuma veiktais attālums;

• leņķis, kādā Saules starojums sasniedz Zemes virsmu;

• atmosfēras sastāvs un Saules un kosmiskās telpas starojuma mijiedarbība ar Zemes atmosfēru veidojošām gāzēm.

Zemes enerģijas bilance

Zemi sasniedz gan Saules elektromagnētiskais starojums, gan jonizētu daļiņu plūsma (piemēram, ūdeņraža vai hēlija atomu kodoli) un elementārdaļiņas, gan arī no kosmiskās telpas nākošu daļiņu un starojuma plūsma (kosmiskais starojums). Zemes klimatu galvenokārt ietekmē elektromagnētiskā starojuma plūsma. No Saules Zemi sasniedz starojums, kas atbilst pilnam elektromagnētiskā starojuma spektram: g stari, rentgenstarojums, ultravioletais starojums, kā arī redzamā gaisma, infrasarkanais starojums un radioviļņi. Elektromagnētiskā starojuma enerģija samazinās, pieaugot viļņa garumam, tāpēc lielākajai daļai starojuma, kas sasniedz Zemi, ir augsta enerģija un relatīvi īss viļņa garums.

Ievērojama daļa Saules starojuma (γ stari, rentgenstari un ultravioletais starojums ar īsu viļņu garumu) Zemes virsmu nesasniedz, bet tiek saistīta atmosfēras augšējos slāņos vai arī atstarota atpakaļ kosmiskajā telpā. Augstas enerģijas Saules starojuma pārvērtības Zemes atmosfērā nosaka γ staru, rentgenstarojuma un ultravioletā starojuma ar īsu viļņu garumu mijiedarbība ar atmosfēru veidojošām gāzēm.

Redzamā gaisma (viļņu garums ir aptuveni 0,40–0,70 μm) ir būtiska zaļo augu un daudzu dzīvnieku dzīvības nodrošināšanai. Redzamā gaisma nodrošina enerģiju, kas ir vajadzīga fotosintēzē, bet dzīvniekiem regulē reprodukcijas laiku, migrāciju un daudzas citas dzīvības norises. Infrasarkanajam starojumam (siltumstarojumam) ir ievērojami zemāka enerģija, taču tas ir nozīmīgs Zemes klimata veidošanā, jo nodrošina atmosfēras apakšējo slāņu un Zemes virsmas sasilšanu. Saules starojuma enerģija ir aptuvenā līdzsvarā ar Zemes virsmas atstarotās enerģijas daudzumu (3. attēls). Enerģijas plūsma, kas sasniedz Zemes atmosfēras augšējos slāņus, ir ~1370 W/m². Lielākā daļa šīs enerģijas tiek atstarota kosmiskajā telpā vai arī tiek absorbēta, mijiedarbojoties ar gāzēm, kas veido Zemes atmosfēru. Enerģijas plūsma, kas sasniedz troposfēras augšējo virsmu, ir vairs tikai 342 W/m².

3. attēls. Zemes enerģijas bilance

Aptuveni 30% Saules starojuma tiek atstaroti atpakaļ Visumā, pie tam daļu šīs enerģijas atstaro mākoņu sega un smalkās daļiņas, kas atrodas atmosfērā. 51% Saules starojuma absorbē Zemes virsma, un šī enerģija tiek izlietota iztvaikošanā, Zemes virsmas infrasarkanā starojuma veidā un konvekcijas un advekcijas procesos.

Teorijai, ka Zemes atmosfēras sastāvs var ietekmēt no Saules saņemto enerģijas daudzumu un Zemes klimatu, ir vairāk nekā 100 gadu. Saules starojums Zemes virsmu sasilda, un līdz ar to Zeme izstaro siltumu. Tomēr, tā kā Zemes virsmas temperatūra ir ievērojami mazāka nekā Saules virsmas temperatūra, starojuma enerģija, ko Zeme izstaro, ir ievērojami zemāka, un starojuma viļņu garums – ievērojami lielāks nekā starojumam, kas nāk no Saules. No Zemes virsmas galvenokārt tiek izstarots infrasarkanais starojums, kas spēj mijiedarboties ar atmosfēru veidojošām gāzēm.

Vairākas atmosfēru veidojošās gāzes spēj intensīvi absorbēt infrasarkano starojumu. Šādas gāzes ir ogļskābā gāze (oglekļa dioksīds CO₂), metāns (CH₄), ozons (O₃) un ūdens tvaiki, kā arī slāpekļa (I) oksīds (N₂O) un cilvēka darbības dēļ atmosfērā nokļuvušas gāzes – hlorfluorogļūdeņraži (freoni).

Ogļskābā gāze, metāns un arī ūdens tvaiki atmosfērā darbojas līdzīgi kā stikls siltumnīcā (4. attēls). Tās caurlaiž Saules starojumu, bet aiztur no Zemes virsmas atstaroto infrasarkano starojumu. Šāda efekta dēļ gāzes sauc par siltumnīcefekta gāzēm. Jo augstāka ir siltumnīcefekta gāzu koncentrācija atmosfērā, jo vairāk infrasarkanā starojuma tiek aizturēts Zemes atmosfērā, un līdz ar to pieaug Zemes virsmas temperatūra. Ja Zemes atmosfēru veidotu tikai slāpeklis un skābeklis – gāzes, kas nepiedalās siltumnīcefekta veidošanā, Zemes gada vidējā temperatūra būtu tikai +6 ºC (faktiski tā ir aptuveni +15 ºC).

Hipotēzi par siltumnīcefektu veidojošo gāzu un pirmkārt par CO₂ lomu Zemes klimata veidošanā Svante Areniuss izteica jau 1896. gadā. Viņa aprēķini, ka CO₂ koncentrācijas dubultošanās atmosfērā var izraisīt Zemes vidējās temperatūras pieaugumu par 5–6 ºC, mūsdienās pilnībā apstiprinās.

4. attēls. Saules elektromagnētiskā starojuma absorbcijas princips Zemes atmosfērā un siltumnīcā

Pat nelielas siltumnīcefekta gāzu daudzuma izmaiņas atmosfērā izraisa temperatūras izmaiņas uz Zemes, līdz ar to mainot ledāju platības, okeāna līmeni, straumju režīmu, biotopu izplatību un klimatu.

Siltumnīcefekta gāzu ietekme uz Zemes klimatu

Katru no siltumnīcefekta gāzēm (3. tabula) raksturo atšķirīga spēja saistīt un atgriezt atpakaļ uz Zemi Saules starojumu. Starojuma daudzumu izsaka vatos uz kvadrātmetru (W/m²), un tas parāda, kā attiecīgā gāze ietekmē enerģijas daudzumu, kas sasniedz Zemes virsmu, un līdz ar to, cik lielā mērā tā spēj ietekmēt klimatu. Ja radiācijas daudzuma vērtība ir pozitīva, tad gāze sekmē Zemes temperatūras paaugstināšanos, bet, ja negatīva, – temperatūras pazemināšanos. Dabīgā siltumnīcefekta pastāvēšana nodrošina to, ka mūsdienās temperatūra uz Zemes atbilst dzīvības pastāvēšanas priekšnoteikumiem. Siltumnīcefekts pastāv ne tikai uz Zemes. Tiek uzskatīts, ka tas nosaka klimatu arī uz Venēras, un siltumnīcefekta dēļ temperatūra uz šīs planētas sasniedz pat +450 ºC.

Daudzām siltumnīcefektu izraisošām gāzēm raksturīgs augsts noturīgums, kuru var novērtēt kā laiku, kas paiet, kamēr tās tiek saistītas vai izvadītas no atmosfēras ( 1.tabula). Ūdens tvaiki relatīvi ātri tiek izvadīti no atmosfēras nokrišņu veidā, bet metāns fotoķīmiski oksidējas par oglekļa dioksīdu un ūdeni. Oglekļa dioksīds tiek saistīts, tam izšķīstot ūdenī, bet slāpekļa (I) oksīdam (N₂O) raksturīgs ļoti augsts noturīgums un stabilitāte. Īpaši noturīgas ir daudzas cilvēka darbības dēļ atmosfērā nokļuvušās vielas, piemēram, freoni, kas spēs ietekmēt atmosfērā noritošos procesus vēl ilgu laiku.

1. tabula

Siltumnīcefektu veidojošo gāzu koncentrācijas mainība atmosfērā un tās ietekme uz Zemes enerģētisko bilanci

* Koncentrācija izteikta kā miljonā daļa.

** Koncentrācija izteikta kā miljardā daļa.

[1] Šeit un turpmāk siltumnīcefektu radošo gāzu koncentrācija izteikta tilpuma un skaita daļās – attiecīgi: m. d. – miljonās daļas (angļu val. parts per million – ppm); mlrd. d. – miljardās daļas; t. d. – triljonās daļas. Šis koncentrācijas apzīmējums norāda uz vielas daudzumu kopējā gaisa daudzumā. 300 m. d. nozīmē, ka miljons gaisu veidojošo gāzu molekulu satur 300 molekulas attiecīgās siltumnīcefekta gāzes vai arī miljons tilpuma vienību gaisa (piemēram, kubikcentimetri) satur 300 cm³

attiecīgās gāzes.

Peta (P) – 10¹⁵

Giga (G) – 10⁹

Tera (T) – 10¹²

Mili (m) – 10^-3

Mikro (µ) – 10^-6

Nano (n) – 10^-9

Dažādas siltumnīcefektu veidojošās gāzes var atšķirīgi ietekmēt Zemes klimatu gan ņemot vērā to spēju atstarot atpakaļ infrasarkano starojumu, gan arī to koncentrāciju atmosfērā. Ja CO₂ potenciālo ietekmi uz Zemes klimatu pieņem par 1, tad citu siltumnīcefektu izraisošo vielu relatīvais potenciāls ietekmēt Zemes siltuma bilanci var būt ievērojami lielāks: metānam (CH₄) tas ir 11, slāpekļa (I) oksīdam (N₂O) – 270, bet freonam 11 (CF₃Cl) – 3400. Zinot siltumnīcefekta gāzu radiācijas daudzumu, var novērtēt, kādas izmaiņas radīs to koncentrācijas pieaugums atmosfērā un kāda būs tā ietekme (5. attēls, 1. tabula).

5. attēls. Globālais vidējais starojuma daudzums nozīmīgākajiem Zemes klimata sistēmu ietekmējošiem faktoriem. Saules starojuma daudzuma vērtība (radiācijas daudzums) parāda atstarotās enerģijas izmaiņas pie troposfēras augšējās robežas, kuras notiktu, ja attiecīgais komponents tiktu pilnīgi izslēgts no atmosfēras.

Pēdējo 10 000 gadu laikā, bet it īpaši pēdējā gadsimta laikā, trīs nozīmīgāko siltumnīcefekta gāzu koncentrācija Zemes atmosfērā ir ievērojami pieaugusi, un līdz ar to palielinājies Saules starojuma daudzums, kas tiek atgriezts atpakaļ uz Zemes virsmas (6. attēls).

6. attēls. Siltumnīcefektu izraisošo gāzu koncentrācijas izmaiņas un to ietekme uz saņemtā Saules starojuma daudzumu pēdējo 10 000 gadu laikā

Gan ūdeņu, gan sauszemes biosfēra ietekmē atmosfēras sastāvu, saistot ogļskābo gāzi, bet atbrīvojot skābekli un ūdens tvaikus. Biosfērai ir centrālā vieta oglekļa aprites ciklā. Kaut arī klimata sistēmas elementus raksturo atšķirīgs ķīmiskais sastāvs, fizikālās īpašības un ietekme uz Zemes klimata veidošanos, starp tiem notiek vielu un enerģijas apmaiņa. Jebkuras izmaiņas klimata sistēmā neatkarīgi no tā, vai tās nosaka dabiski procesi vai arī cilvēka darbība, var ietekmēt citus sistēmas elementus un radīt klimata izmaiņas. Klimata mainības cēloņi var būt gan dabiski procesi, gan cilvēka darbība, vispirms ietekmējot atmosfēras sastāvu, kā arī zemes lietojuma veidus.

Hidroloģiskais cikls

Ūdens ir dabas resurss, kas atjaunojas, tas uztur dzīvību uz Zemes. Tas ir mūsu un visu pārējo sugu svarīgākais eksistences līdzeklis.

Dabas ūdeņus klasificē pēc to kopējās mineralizācijas pakāpes (tajos izšķīdušo minerālvielu daudzuma), atsevišķi nodalot saldūdeņus (to kopējais sāļu daudzums ir līdz 1 g/l), iesāļūdeņus (1–10 g/l), sāļūdeņus (10–35 g/l) un sālsūdeņus (35 g/l un vairāk).

Saldūdens ir neliela visu uz Zemes esošo ūdeņu daļa – aptuveni 3%. Nedaudz vairāk kā divas trešdaļas saldūdens ir saistītas ar ledājiem un sniega segu, viena trešdaļa – ar pazemes ūdeni, bet upes un ezeri veido ļoti nelielu saldūdens daļu (7. attēls, 2. tabula).

7. attēls. Ūdeņu krājumu sadalījums uz Zemes

2. tabula

Ūdeņu krājumi uz Zemes

Ūdeņu veids	Tilpums, km3
Okeāni	1 338 000 000
Pazemes ūdeņi	23 900 000
t. sk. saldūdens pazemes ūdeņi	10 530 000
Augsnes mitrums	16 500
Ledāji un sniega sega	24 064 100
Saldūdens ezeri	91 000
Sāļie ezeri	85 400
Upju ūdeņi	2120
Ūdens atmosfērā	12 900

Ūdeņu apriti apraksta hidroloģiskais cikls (8. attēls), kurā var nodalīt piecas nozīmīgākās daļas: ūdeņus okeānos, atmosfērā, ledājos, pazemē un saldūdeņu resursus. Hidroloģiskais cikls parāda saistību starp šiem galvenajiem ūdens avotiem un atspoguļo iztvaikošanas un arī atmosfēras nokrišņu izkrišanas procesu lielo lomu ūdens bilances veidošanā. Galvenais enerģijas avots, kas nosaka ūdens iesaistīšanos globālās aprites ciklā, ir Saule, kuras siltuma ietekmē Zemes virskārtā esošās ūdens masas sasilst un iztvaiko. Iztvaiko ne tikai ūdens no jūru un okeānu virsmas, bet arī augsnes mitrums, ledāji un Zemes sniega sega. Iztvaikojušais ūdens nokļūst atmosfērā, kur ūdens tvaiki atdziest un kondensējas. Par kondensācijas centriem kalpo atmosfērā esošās putekļu daļiņas. Ūdens kondensāciju var radīt arī kosmiskās telpas starojuma iedarbībā radušās daļiņas. Kondensācijas procesi norit troposfēras augšējos slāņos, kā arī uz zemes virsmas. Nokrišņi var izkrist lietus, sniega un krusas veidā. Ūdens tvaikiem nonākot atmosfērā, tie tiek pakļauti vielu izkliedes procesiem, kas raksturīgi atmosfērai, respektīvi, ūdens tvaiki, kas pārsvarā veidojas virs jūru un okeānu virsmas, pārvietojoties gaisa masām, var tikt pārnesti lielos attālumos un izkrist virs kontinentiem.

8. attēls. Hidroloģiskais cikls

Atmosfēras nokrišņi var veidot sniega segu, tos var asimilēt augi, tie var iesūkties augsnē un papildināt pazemes ūdeņu krājumus. Tomēr par vienu no svarīgākajām ūdeņu kustības plūsmām uzskata to akumulāciju upju baseinos un ūdeņu virszemes noteci ar upju ūdeņiem. Līdz ar to ūdens aprites cikls noslēdzas. Katrā aplūkotajā vidē ūdens var aizkavēties atšķirīgu laika posmu (ūdens aprites laiks). Ūdens aprites laiku nosaka ūdens masa attiecīgajā vidē (piemēram, okeānos atrodas lielākā daļa hidroloģiskajā ciklā esošās ūdens masas), kā arī tas, cik intensīviem procesiem pakļauti ūdeņi konkrētajā vidē. Ūdens aprites laiks jūrās un okeānos tiek vērtēts kā apmēram 4000 gadi, ezeros un ūdenstilpēs – apmēram 10 gadi, pazemes ūdeņos – no dažām nedēļām līdz apmēram 10 000 gadiem, ledājos – 100–10 000 gadi, atmosfērā – apmēram 10 dienas.

Hidroloģiskā cikla būtisks elements ir lielākās ūdeņu masas – okeānu un jūru ūdeņu plūsmas – raksturs (jūru un okeānu straumes). Straumes okeāna virskārtā rodas vēja, Zemes griešanās spēka (t. s. Koriolisa spēka) un termisko faktoru mijiedarbībā. Līdz ar ūdeni siltās virsūdens straumes pārvieto milzīgu siltuma enerģijas daudzumu no Pasaules okeāna tropiskajiem rajoniem uz mērenā un aukstā klimata joslām, tādējādi padarot daudz maigāku klimatu plašos sauszemes apgabalos. Savukārt, aukstās straumes atdzesē tropiskos apgabalus.

Ūdens ir viena no cilvēka visvairāk patērētajām vielām – milzīgi ūdens daudzumi tiek izmantoti gan sadzīves vajadzībām, gan arī ražošanā, bet visvairāk ūdens tiek lietots lauksaimnieciskajā ražošanā (9. attēls). Galvenokārt tiek patērēts kvalitatīvs saldūdens, bet cilvēka darbībā veidojas notekūdeņi, kuri bieži netiek pietiekami attīrīti. Pasaulē visvairāk ūdens tiek patērēts lauksaimniecībā (69%), rūpniecībā (23%), mājsaimniecībās un pakalpojumu sniegšanā (aptuveni 8%). Rūpniecībā ūdeni izmanto visdažādākajos tehnoloģiskajos procesos. Ņemot vērā salīdzinoši lielo ūdens daudzumu, kas nepieciešams rūpnieciskās produkcijas ražošanai, tieši saldūdeņu pieejamība daudzos gadījumos ir galvenais faktors rūpnieciskās ražošanas izvietošanai. Mūsdienās, kad nozīmīgi ir arī daudzi citi ekonomiskie faktori, lielākajā daļā rūpniecisko tehnoloģiju ūdens tiek izmantots atkārtoti, to attīrot un atkal iesaistot ražošanā.

Daudz ūdens patērē mājsaimniecībās. Zināms, ka cilvēkam atkarībā no āra temperatūras un svara ik dienas personiskam patēriņam ir nepieciešami 2,5–3 litri ūdens. Aprēķināts, ka mērenajā joslā viens pilsētas iedzīvotājs diennaktī patērē aptuveni 200–220 litru ūdens, bet, lai apmierinātu visas viena cilvēka vajadzības, ieskaitot pārtikas un preču ražošanu, kā arī pakalpojumu sniegšanu, tiek patērēts vairāk nekā 320 litru ūdens diennaktī.

Baltijas jūras reģionā iedzīvotāji un tautsaimniecība ir nodrošināti ar saldūdens krājumiem – to nosaka relatīvi augstais nokrišņu daudzums un zemā iztvaikošana. Pašreiz Baltijas jūras baseina ziemeļu daļā ūdens pieejamība iedzīvotāju nelielā blīvuma dēļ neietekmē cilvēku dzīves kvalitāti un ekonomiku, bet Vācijā un Polijā ūdens resursi ir limitējošais faktors lauksaimniecības turpmākai attīstībai. Tā, piemēram, Polijā jau mūsdienās izmanto 18% no kopējās ūdens noteces upēs, kas tiek uzskatīts par maksimālo ūdens daudzumu, ko var patērēt, neietekmējot ūdens ekosistēmas. Savukārt, Vidusjūras valstīs saldūdens apjoms ir nepietiekams un būtiski ierobežo tradicionālo lauksaimniecības veidu attīstību, tāpēc tautsaimniecība pārorientējas uz pakalpojumu nozarēm (galvenokārt tūrismu).

Intensīvā lauksaimniecība ir nozare, kas patērē visvairāk ūdeņu. Attīstītās valstīs šāds ūdens patēriņš nepārsniedz 20–25%, taču attīstības zemēs apūdeņošanai tiek patērēti 80% un pat vairāk.

Latvija ir bagāta ar ūdeņiem, kas pilnībā nodrošina iedzīvotāju, dabas saglabāšanas un tautsaimniecības vajadzības. Virszemes ūdeņi aizņem 2543 kvadrātkilometrus jeb 3,7% valsts teritorijas. Latvijā pavisam ir 12 500 upes un 2256 ezeri, kas lielāki par 1 hektāru. Ūdeņu bagātību papildina aptuveni 800 mākslīgās ūdenstilpes – hidroelektrostaciju ūdenskrātuves, zivju dīķi un saglabājušies dzirnavu dīķi.

Baltijas jūrai kā iekšzemes jūrai ir raksturīga ierobežota ūdens apmaiņa, relatīvi zems sāļums, neliels dziļums, plašs sateces baseins un liela saldūdens ietekme, kas kopā nosaka tās īpašo jutīgumu pret piesārņojumu. Tāpēc jūrā novadītās kaitīgās vielas saglabājas salīdzinoši ilgi, uzkrājas ūdenī, nogulumos un dzīvajos organismos.

9. attēls. Ūdens patēriņa mainības tendences un tās prognozes dažādos tautsaimniecības sektoros

Kaut arī hidroloģiskajā ciklā iesaistītās ūdens masas ir milzīgas, tomēr cilvēka darbība ietekmē ūdeņu plūsmas. Pašlaik cilvēces ūdens patēriņš ir salīdzināms ar būtisku daļu no pasaules upju noteces. Jau tuvā nākotnē cilvēka ūdens patēriņš varētu pārsniegt dabisko ūdeņu plūsmu iespējas.

10. attēls. Arāla jūras platība 2008. gadāAr nepārtrauktu līniju atzīmēta jūras platība 1960. gadā.

Cilvēka negatīvo ietekmi uz ūdens aprites procesiem ilustrē Arāla jūras izsīkšana (10. attēls), ko rada tajā ieplūstošo upju ūdeņu intensīva izmantošana lauku apūdeņošanai (galvenokārt audzējot kokvilnu). 1960. gadā Arāla jūras platība bija 67 000 kvadrātkilometri, bet 2008. gadā tās platība jau bija sarukusi līdz 17 000 kvadrātkilometriem, un tiek prognozēts, ka pārredzamā nākotnē tā var izzust pilnībā, atstājot savā vietā sāls tuksnesi.

Oglekļa cikls

Ogleklis ir nozīmīgākais dzīvos organismus veidojošais elements. Ogleklis ir relatīvi maz sastopams, jo tā vidējā izplatība uz Zemes ir 350 mg/kg. Tomēr vielu apritē ogleklim ir īpaša loma.

Oglekļa aprite (bioģeoķīmiskās aprites cikls) ietver viena oglekļa savienojuma pārvēršanos citos, un tā notiek atmosfērā, hidrosfērā, litosfērā un biosfērā. Litosfērā ogleklis ietilpst karbonātu nogulumiežu sastāvā (kaļķakmens – CaCO₃, dolomīts – CaMg(CO₃)₂ un citi), kā arī veido fosilā kurināmā nogulas (akmeņogles, nafta, degakmens). Ievērojami daudzumi oglekļa savienojumu (ogļskābā gāze un metāns) atrodas mūžīgā sasaluma joslās un veido organisko vielu sadalīšanās produktus augsnes masā un ūdenstilpju nogulumu sastāvā.

Hidrosfērā oglekļa savienojumi ietilpst dzīvās organiskās vielas sastāvā, karbonātjonos un hidrogēnkarbonātjonos kā izšķīdusī ogļskābā gāze un metāns. Atmosfērā atrodas 760 miljardi tonnu oglekļa šādu savienojumu veidā: oglekļa (II) oksīds (CO), oglekļa (IV) oksīds (CO₂), metāns (CH₄). Oglekļa savienojumiem katrā aprites cikla posmā ir atšķirīgs aprites laiks: atmosfērā tas ir visai īss – 3 gadi, augsnē – 25 gadi, okeānos – 350 gadi, bet karbonātu iežu aprites laiks pārsniedz simtiem miljonu gadu.

Oglekļa ciklā nozīmīgas funkcijas ir biosfēras dzīvajiem, fotosintezējošiem organismiem, kas nepārtraukti saista CO₂ no atmosfēras, veidojot organiskus savienojumus. CO₂ pilns aprites cikls atmosfērā ir ātrs un notiek apmēram 4,5 gados.

Ne visi atmirušie organismi un augi sadalās uzreiz. Neliela to daļa pārvietojas uz iekšzemes ūdenstilpju, jūru un okeānu dziļākajām vietām un uzkrājas nogulumu veidā. Organiskais materiāls, kas lēni sadalās, iekļaujas iežu veidošanās procesā un var atkal tikt ienests atmosfērā dabiskā ceļā (piemēram, erozijas procesā).

Oglekļa dioksīds no atmosfēras var nonākt un izšķīst ūdeņos, kur to izmanto aļģes, līdzīgā veidā, kā to saista sauszemes augi. Papildus tam daži ūdenī dzīvojošie dzīvnieki ekstrahē kalciju un oglekļa dioksīdu no ūdens, veidojot kalcija karbonāta čaulas. Organismiem atmirstot, tās nogulsnējas ūdenstilpju dibenā un veido kaļķakmeni. Šādā veidā daļa oglekļa pievienojas iežu aprites ciklam. Nākotnē, iespējams, iežu aprites cikls uznesīs kaļķakmeni atpakaļ Zemes virspusē, kur erozijas process un dēdēšana to sadalīs un ogleklis izšķīdušā veidā atgriezīsies atpakaļ okeānā un iekļūs atmosfērā kā CO₂.

Oglekļa oksīdu un metāna emisijas apjoma pieaugums var kļūt par faktoru, kas negatīvi ietekmēs vidē noritošos procesus un oglekļa aprites ciklu. Tiek vērtēts, ka pēdējo 100 gadu laikā CO₂ antropogēnās emisijas apjoms pieaudzis vidēji par 2,5% gadā (11. attēls). CO₂ saturu gaisā ietekmē arī mežu platību samazināšanās. Pašreizējais CO₂ antropogēnās emisijas apjoms ir 9,0 ± 0,5 GtC gadā, bet atkarībā no iedzīvotāju skaita pieauguma modeļa tiek lēsts, ka 2100. gadā tas var sasniegt pat līdz 35,8 GtC gadā.

11. attēls. Ogļskābās gāzes emisijas apjoma izmaiņas pēdējo gadsimtu laikā

Cilvēka saimnieciskā darbība izmaina oglekļa apriti un sekmē litosfērā uzkrāto oglekļa savienojumu nokļūšanu atmosfērā. Fosilā kurināmā izmantošana un mežu izciršana veicina CO₂ pāreju no litosfēras un biosfēras atmosfērā daudz ātrāk, nekā tas notiktu dabiskā ceļā. Tajā pašā laikā tā atgriešana no atmosfēras dabiskā ceļā norisinās daudz lēnāk, nekā cilvēka saimnieciskā darbība to papildina, tādēļ CO₂ daudzums atmosfērā palielinās.

Nozīmīgu vietu oglekļa aprites ciklā ieņem metāns. Metāns absorbē infrasarkano radiāciju daudz efektīvāk nekā CO₂, tādēļ tā loma siltumnīcefekta palielināšanā ir ļoti nozīmīga, kaut arī metāna koncentrācija atmosfērā ir salīdzinoši zemāka. Kopš pagājušā gadsimta 60. gadiem, kad tika uzsākti metāna koncentrācijas mērījumi atmosfērā, tā daudzums kopumā pieaudzis par aptuveni 1% gadā. Daļa metāna rodas, audzējot rīsus, kā arī mājlopus, īpaši liellopus. Vēsturiski metāna koncentrācijas izmaiņas, tāpat kā CO₂ izmaiņas, ir saistītas ar klimata izmaiņām leduslaikmetu un starpleduslaikmetu laikā. Tomēr pēdējo gadu pētījumi liecina, ka ģeoloģiskie procesi var būt nozīmīgs metāna avots un, piemēram, tādas dabas parādības kā dubļu vulkāni, var būt uzskatāmas par izcelsmes avotu gandrīz 10% atmosfērā nonākušā metāna.

Ogļskābās gāzes koncentrācija atmosfērā ir pieaugusi no 280 miljonajām daļām pirmsindustriālajā laikmetā līdz 385 miljonajām daļām 2008. gadā (12. attēls). Pētot kontinentālajos ledājos ieslēgtā gaisa sastāvu, pierādīts, ka mūsdienās CO₂ koncentrācija ir ievērojami augstāka, nekā tā bijusi pēdējo 650 000 gadu laikā (180–300 m. d.). Galvenais faktors, kas nosaka CO₂ koncentrācijas paaugstināšanos, ir cilvēka darbība, kas spēj ietekmēt visu oglekļa aprites ciklu.

12. attēls. Oglekļa aprites cikls. Apjomi izteikti PgC, bet plūsmas PgC gadā.

Slāpekļa bioģeoķīmiskās aprites cikls

Slāpeklis veido 76% no atmosfēras masas, ietilpst olbaltumvielu un DNS sastāvā un tāpēc ir viens no dzīvo organismu pastāvēšanai nepieciešamajiem elementiem. Tajā pašā laikā litosfērā un hidrosfērā slāpekļa savienojumu koncentrācija ir ievērojami zemāka, bet atšķirībā no skābekļa slāpeklis ir inerts, un tiešā veidā lielākā daļa dzīvo organismu nespēj to izmantot, jo saite starp atomiem slāpekļa molekulā ir ļoti stabila. Līdz ar to slāpekļa aprites ciklā norit dažādi procesi, kas nodrošina atmosfēras slāpekļa (N₂) saistīšanu tādu savienojumu veidā, kas ir pieejami dzīvajiem organismiem.

Slāpekļa savienojumu aprite

Slāpekļa savienojumi vidē sastopami kā slāpekļa (I) oksīds (N₂O), slāpekļa (II) oksīds (NO), slāpekļa (IV) oksīds (NO₂), slāpekļskābe (HNO₃), amonjaks (NH₃) un amonija sāļi. Citi slāpekļa savienojumi vai nu veidojas kā starpprodukti dažādās reakcijās, vai arī ir nestabili un ātri sadalās. Slāpekļa savienojumi ir savstarpēji saistīti, un tie var pārvērsties cits citā (13. attēls). Liela loma slāpekļa aprites ciklā ir mikroorganismu izraisītām reakcijām, jo hidrosfērā un litosfērā tieši tie nosaka lielāko daļu slāpekļa savienojumu pārvērtību, līdz ar to nodrošinot biosfēras dzīvo organismu pastāvēšanai nepieciešamo slāpekļa savienojumu sintēzi un. Tikai neliela daļa slāpekļa savienojumu iesaistās tā apritē, jo atmosfērā notiek reakcijas starp slāpekli un skābekli. Šo reakciju norisei nepieciešama augsta enerģija, kas veidojas tikai zibens izlādes laikā vai augstākajos atmosfēras slāņos.

13. attēls. Slāpekļa savienojumu dabiskie procesi vidē. Slāpekļa fiksēšanu (pārvēršanos reaģētspējīgos un bioloģiski pieejamos savienojumos) nodrošina atmosfērā noritošās reakcijas un dzīvo organismu darbība.

Galvenais process slāpekļa aprites ciklā ir tā saistīšana (asimilācija) – reakcijas, kurās mikroorganismi saista atmosfēras slāpekli, pārvēršot to amonjakā. Slāpekli spēj saistīt baktērijas un arī zilaļģes. Mikroorganismi producē 1–5 kg N/ha, bet gumiņbaktērijas 100–300 kg N/ha.

Asimilācijā veidojas slāpekļa organiskie savienojumi. Tiem sadaloties, veidojas amonjaks vai amonija sāļi (amonifikācija), kuri tālāk pārvēršas par nitrātiem un nitrītiem (nitrifikācija). Nitrifikāciju var uzskatīt arī par organisko un neorganisko slāpekļa savienojumu oksidēšanos.

Noslēdzošais slāpekļa aprites cikla posms ir slāpekļa atgriešanās atmosfērā – N₂ veidošanās (denitrifikācija). Šis process norit augsnē, un denitrifikācijā var veidoties arī N₂O.

Slāpekļa (I) oksīds (N₂O) dabiski ir sastopams atmosfērā kā dažādu bioloģisku pārvērtību produkts. N₂O antropogēnās emisijas apjoms ir niecīgs, un līdz ar to piesārņojums ar slāpekļa (I) oksīdu, īpaši ņemot vērā tā zemo toksiskumu, nav uzskatāms par bīstamu dzīvajiem organismiem. Šī viela ir bez smakas un garšas, ķīmiski inerta. N₂O atmosfērā nokļūst galvenokārt denitrifikācijas procesos, pārveidojoties lauksaimniecībā izmantotajiem slāpekļa savienojumiem gan augsnē, gan arī ūdeņos, un tā ikgadējās emisijas apjoms ir 100 miljoni tonnu gadā. Kopējais N₂O daudzums atmosfērā ir 2000 miljoni tonnu. Tā aprites periods ir 120 gadu, bet N₂O saturs atmosfērā pēdējā gadsimta laikā pieaug par 0,3% gadā. Līdz ar to N₂O uzskatāma par vienu no svarīgākajām siltumnīcefektu izraisošām gāzēm.

Līdzīgi kā citus elementus, arī slāpekļa apriti apraksta tā bioģeoķīmiskās aprites cikls (14. attēls).

14. attēls. Slāpekļa bioģeoķīmiskās aprites cikls. Plūsmas izteiktas PgC gadā.

1914. gadā vācu ķīmiķi Fricis Hābers un Ulrihs Bošs izstrādāja rūpniecisku metodi gaisa slāpekļa izmantošanai amonjaka ražošanā – tā radīja pamatu liela mēroga minerālmēslu rūpniecības attīstībai. Mūsdienās minerālmēslu ražošanas kopapjoms ir apmēram 100 miljoni tonnu gadā, kas aptuveni atbilst tam slāpekļa apjomam, kas tiek fiksēts mikroorganismu darbības rezultātā (100–200 miljoni tonnu gadā) (15. attēls). Tātad cilvēka darbība jau pašlaik pēc apjoma ir salīdzināma ar dabiskajiem slāpekļa bioģeoķīmiskās aprites cikla procesiem, bet paredzams, ka tuvā nākotnē tos pārsniegs.

15. attēls. Slāpekļa fiksēšanas apjoms dabiskajos un cilvēka darbības procesos pasaules mērogā

Ņemot vērā slāpekļa savienojumu ražošanas ievērojamos apjomus, tie var negatīvi ietekmēt gan vidē noritošos procesus, gan arī cilvēku un dzīvnieku veselību.

Slāpekļa savienojumi pieder pie augu attīstībai nepieciešamajām barības vielām, kuras lauksaimniecībā tiek ievadītas augsnē, lai nodrošinātu kultivējamo augu attīstību un lielāku ražību. Tomēr liela daļa izmantoto slāpekļa savienojumu nokļūst pazemes un virszemes ūdeņos, bet līdz ar virszemes noteci – jūrās un okeānos. Slāpekļa savienojumi izkrīt arī ar atmosfēras nokrišņiem (16. attēls), un tie pārsātina gan ūdeņus, gan augsni, bet nākamajos etapos rada eitrofikāciju.

16. attēls. Slāpekļa savienojumu izkrišana ar atmosfēras nokrišņiem – apjomu mainība pēdējo gadsimtu laikā un apjomu prognoze

Kopumā slāpekļa savienojumu emisija mūsdienās Eiropā ir kļuvusi par vienu no bīstamākajiem vides piesārņojuma faktoriem. Īpaši aktuāli šie jautājumi ir Baltijas jūras reģiona valstīs, kur slāpekļa savienojumu slodze izraisa daudzus negatīvus procesus, tajā skaitā Baltijas jūras piesārņojumu. Līdz ar to aktuāls kļūst jautājums par slāpekļa savienojumu plūsmu, to lietošanas apjomu un emisijas ierobežošanu.

1.3. Vides piesārņojums un vides kvalitātes degradācija

Dzīvība uz Zemes ir trausla, un katra dzīva būtne var pastāvēt tikai tās dzīvībai optimālos vides apstākļos. Dzīvā organisma, bet plašākā kontekstā – dzīvības, bojāeju var izraisīt temperatūras paaugstināšanās vai pazemināšanās par pastāvēšanas optimumu, intensīvas elektromagnētiskā starojuma plūsmas (jonizējošais starojums) vai arī ķīmisku vielu iedarbība. Arī izsīkstot barības vielām, dzīvie organismi var iet bojā. Dzīvajiem organismiem nelabvēlīgus dzīves apstākļus var radīt dabisku faktoru iedarbība. Zemes pastāvēšanas laikā daudzas reizes sugu skaits pēc dažādām katastrofām ir samazinājies pat vairāk nekā par pusi. Piemēram, iespējams meteora trieciens Jukatanas pussalas rajonā izraisīja dinozauru bojāeju Juras laikmeta beigu posmā pirms apmēram 60 miljoniem gadu. Ne mazāk dramatiskas sekas var būt arī pašu dzīvo būtņu radītajām dzīves vides izmaiņām.

Lielā mērā var uzskatīt, ka viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē sabiedrības apziņas veidošanos un interesi par vides problēmām, ir bijušie, pastāvošie un iespējamie draudi, kurus mūsdienu sabiedrībai ir radījuši vides piesārņojums un degradācija.

Piesārņojoša ir jebkura viela, kas nokļūst vidē cilvēka darbības rezultātā vai dabiskos procesos un kurai ir kaitīga iedarbība uz dzīvajiem organismiem. Vides degradācija nozīmē, ka vide kļūst neizmantojama tai paredzētajiem uzdevumiem vai arī tajā tiek kavēta dzīvo organismu un to kopienu attīstība. Vides piesārņojumu un degradāciju var radīt ķīmiskas vielas, fizikāli faktori vai nevēlamu dzīvo organismu attīstība (bioloģiskie faktori). Var nodalīt atšķirīgas iedarbības vielas vai faktorus. Par toksisku sauc jebkuru ķīmisku, bioloģisku vai fizikālu faktoru, kas rada nevēlamu bioloģisku reakciju. Visas toksiskās vielas ir bīstamas, bet ne visas bīstamās vielas ir toksiskas. Vielu bīstamību var noteikt tas, ka tās ir, piemēram, sprāgstošas, viegli uzliesmojošas, kodīgas (1. attēls). Līdz ar to šo vielu izmantošanu nepieciešams kontrolēt un ar tām strādājot jāievēro īpaši drošības pasākumi, kas bīstamo vielu radīto risku var ievērojami samazināt vai izslēgt.

1. attēls. Vielu bīstamības simboli. Vielu bīstamības simboli raksturo ķīmisko vielu un tās saturošo produktu bīstamās iedarbības veidus.

Toksiskas vielas var būt dabiskas izcelsmes vai arī svešdabīgas – tādas, kas neatrodas dabas vidē, bet ir iegūtas sintezējot vai kas veidojas kā blakusprodukti citu vielu iegūšanas gaitā. Visai bieži ar vides piesārņojumu asociējas vides ķīmiskais piesārņojums. Vides piesārņojums ar ķīmiskām vielām ir iedalāms atkarībā no vielu īpašībām un uzbūves un turpmāk tiks aplūkots detalizēti. Vispirms nodalāms vides piesārņojums ar metāliem (Cu, Pb, Co, Hg un citiem) un toksiskajiem mikroelementiem (F, B, As, Se un citiem). Dabas vidi negatīvi var ietekmēt organiskas piesārņojošas vielas, piemēram, pesticīdi. Organiskas vielas var veidoties, sadaloties sadzīvē izmantojamiem produktiem, apkarojot augu kaitēkļus ar pesticīdiem un herbicīdiem, kā arī no rūpnieciskajā ražošanā radītā piesārņojuma. Vides piesārņojuma bīstamība ievērojami pieaug, ja vidē nokļuvušās organiskās vielas ir noturīgas, respektīvi, saglabājas vidē ilgu laiku. Šādas vielas augsnē saglabājas pat vairākus desmitus gadu, un pie šīs vielu grupas pieder pesticīds DDT, dioksīni, polihlorētie bifenili un citas vielas. Vidi var piesārņot arī ķīmiski vairāk vai mazāk inerti savienojumi, ja tie atrodas sīku daļiņu veidā. Sīkas daļiņas gaisā var veidot putekļus un aerosolus, bet ūdenī – suspendētas vielas.

Vidē nokļūst aizvien vairāk dažādu ķīmisku savienojumu (2. attēls). Pašlaik ir zināmi ap 10 miljoni dažādu ķīmisku vielu, no kurām liela daļa dabas vidē nepastāv. Ap 120 000 ķīmisku savienojumu tiek rūpnieciski ražoti un plaši izmantoti, bet 11 000 vielu tiek ražotas daudzumos, kas pārsniedz 500 kilogramus gadā, pie tam rūpnieciski ražoto vielu skaits katru gadu papildinās ar 1000–3000 jaunām vielām.

2. attēls. Bīstamu ķīmisko vielu ražošanas apjomi Eiropas Savienības dalībvalstīs. KMR – kancerogēns, mutagēns, reprotoksisks. KMR vielas – vielas, no kuru iedarbības var pieaugt ļaundabīgo audzēju rašanās risks, var veidoties mutācijas, vai arī var tikt ietekmētas nākamās paaudzes.

Vides degradāciju izraisošos faktorus var iedalīt atkarībā no to dabas. Vides kvalitātes pasliktināšanos var radīt fizikāli faktori, piemēram, elektromagnētiskais starojums, kura iedarbība ir atkarīga no viļņu garuma un var būt visai atšķirīga. Elektromagnētiskais starojums ar īsu viļņa garumu (γ starojums) aktīvi iedarbojas uz dzīvajiem organismiem, un tā avoti ir radioaktīvie elementi vai pārvērtības atomu kodolos. Arī ultravioletais starojums, kam ir augstāks viļņa garums, var būtiski ietekmēt, piemēram, cilvēka ādu vai planktona attīstību virszemes ūdeņos. Pie fizikāliem vides piesārņojuma faktoriem var pieskaitīt arī trokšņa piesārņojumu, respektīvi, paaugstinātu skaņas stiprumu dzīves vai darba vidē. Paaugstināta siltuma daudzuma (enerģijas plūsmas) nokļūšana vidē var radīt visai daudzpusīgu negatīvu ietekmi (vides termālais piesārņojums). Piemēram, termoelektrostaciju silto notekūdeņu vai ražošanas procesu dzesēšanas ūdeņu ievadīšana vidē rada negatīvas sekas, ietekmējot ūdeņu dzīvo organismu attīstības raksturu.

Arī dzīvie organismi var radīt būtisku un nopietnu vides piesārņojumu, tie var būt infekciju izraisītāji, parazīti, kā arī dzīvie organismi, kuru vielmaiņas vai sadalīšanās produkti var būt nevēlami cilvēkam vai citiem dzīvajiem organismiem.

Gaisa piesārņojums

Gaisa un ūdeņu aizsardzībai no piesārņojuma ir piešķirama liela vērība. Gaiss ir viens no svarīgākajiem faktoriem, kas nosaka dzīvību uz Zemes. Atkarībā no ķermeņa uzbūves cilvēks diennaktī patērē 6–12 kubikmetrus gaisa, bet lielu fizisko slodžu gadījumā pat vairāk. Līdz ar to arī kaitīgu vielu mikrodaudzumi gaisā var ietekmēt cilvēka veselību.

Piesārņojošās vielas ātri izplatās atmosfērā diezgan lielos attālumos, tādēļ atmosfēras piesārņojuma problēma ir uzskatāma par starptautiski risināmu, un liela loma ir starptautiskai sadarbībai. Par īpašu gaisa piesārņojuma problēmu jāuzskata gaisa tīrība dzīvojamās telpās un darba vidē, jo gan sadzīvē, gan arī darba gaitā cilvēkam aizvien biežāk jāsastopas ar kaitīgām un toksiskām vielām. Jau uguns atklāšana lika senajam cilvēkam saskarties ar gaisa piesārņojumu. Mūsdienu skatījumā nav šaubu, ka vissenāko cilvēku veselību un pat dzīvību apdraudēja tādas gaisu piesārņojošas vielas kā tvana gāzes (oglekļa oksīda CO) paaugstināts saturs, kas varēja izdalīties, nepilnīgi sadegot kurināmajam, un citi degot radušies savienojumi (3. attēls). Krasi gaisa piesārņojuma bīstamība pieauga līdz ar pirmo ražošanas un kalnrūpniecības procesu attīstību. Jau Senajā Romā tika novērota svina un dzīvsudraba atradņu kaitīgā ietekme.

3. attēls. Tā saucamā „melnā virtuve” (Etnogrāfijas muzejs Švarcvaldē, Vācijā) Virtuves ar dūmvadu viduslaikos tika izbūvētas tikai pārtikušākās mājās un pilsētās, bet liela daļa iedzīvotāju izmantoja kurtuves, kurās ēdiena gatavošanā radušies dūmi izkliedējās visā mājā.

Industrijas attīstība pagājušajā gadsimtā vispirms iezīmējās ar rūpnīcu skursteņu dūmu astēm (4. attēls). Taču daži ražošanas procesi, piemēram, sodas ražošana, bija saistīti ar ļoti daudzu agresīvu un toksisku vielu nokļūšanu apkārtējā vidē. Pirmie gaisa piesārņojuma upuri bija rūpnīcu strādnieki, kā arī rūpnīcu tuvumā dzīvojošie cilvēki. Upurus, protams, prasīja arī ražošanas avārijas. Tā kā darba aizsardzība bija viens no jautājumiem, kas aktīvi tika risināts paralēli citiem strādnieku sociālās aizsardzības jautājumiem, ar laiku šajā jomā tika sasniegts zināms progress. Tomēr ražošanas vispārējā attīstība un kaitīgo vielu emisija sasniedza tādus apjomus, ka tikai strādnieku aizsardzība darbavietās nevarēja viņus pasargāt. 1952. gadā nelabvēlīgu meteoroloģisko apstākļu dēļ Londonā izveidojās vairākas nedēļas ilgs smogs, no kura cieta ap 4000 cilvēku. Šajā laikā tika novērots fotoķīmiskais smogs ASV (Losandželosā) un Japānā. 70. gados uzmanība tika pievērsta nokrišņu pH izmaiņām, bet 80. gadu sākumā – stratosfēras ozona slāņa izmaiņām.

Kaut arī pašlaik tiek īstenoti daudzi gaisa vides aizsardzības pasākumi, joprojām tiek vērtēts, ka zaudējumi, kurus rada piesārņota gaisa ietekme uz cilvēka veselību, tikai Eiropas Savienības valstīs ir simti miljoni eiro gadā. Tos veido gan ārstniecības izdevumi, gan arī darbaspēju zudums.

4. attēls. Naftas pārstrādes rūpnīca (Itālija). Naftas, akmeņogļu pārstrādes un ķīmiskās ražošanas rūpnīcas ir viens no svarīgākajiem gaisa vides piesārņojuma avotiem.

Industriālais un antropogēnais piesārņojums pārsvarā rodas Ziemeļamerikas, Eiropas un Āzijas industriāli attīstītajos reģionos. Nozīmīgākie antropogēnā piesārņojuma avoti, kas ietekmē arī gaisa kvalitāti, ir enerģētika un apkure, transports, rūpnieciskā ražošana un lauksaimniecība.

Savukārt nozīmīgākās gaisa vidi piesārņojošās vielas ir a) sēra savienojumi; b) slāpekļa savienojumi; c) oglekļa savienojumi; d) halogēnorganiskās vielas; e) metāli un to savienojumi; f) aerosoli un putekļi; g) radioaktīvie elementi.

Gaisa piesārņojumu ietekmē ne tikai rūpnieciskie procesi, bet arī apkure. Būtiski gaisu piesārņo sadzīves atkritumu dedzināšana. No tradicionālajiem kurināmajiem visvairāk piesārņojuma dod akmeņogles. Otra būtiska piesārņojuma avotu grupa ir autotransports. Tas saistāms ar to, ka motoru izplūdes gāzes satur dažādas kaitīgas vielas. Motora izplūdes gāzu sastāvs ir stipri atkarīgs no braukšanas un motora darbības režīma, degvielas pieplūdes un kvalitātes. Degvielas ogļūdeņražu nepilnīgas sadegšanas procesā notiek to pārvērtības un veidojas kondensētie aromātiskie ogļūdeņraži – kancerogēnas vielas. Mūsdienu lielpilsētās autotransports pēc dažu piesārņojošo vielu emisijas kopapjoma ir kļuvis par ļoti nozīmīgu piesārņojuma avotu.

5. attēls. Nozīmīgākās gaisa vidi piesārņojošās vielas un to avoti

Ir daudzi ražošanas procesi, kurus raksturo specifisku piesārņojošo vielu emisija. Mūsdienās rūpniecībā un saimniecībā tiek izmantotas ļoti daudzas kaitīgas vielas, kuras gāzes, tvaiku, aerosolu vai putekļu veidā var nokļūt vai nu darba zonas, vai atmosfēras gaisā. Lai aizsargātu strādniekus, kā arī iedzīvotājus, eksistē vairāki kritēriji (robežkoncentrācija), kuri limitē maksimāli pieļaujamo dažādu kaitīgo vielu koncentrāciju gaisā.

Analizējot gaisa piesārņojumu, parasti tiek analizēta gaisa kvalitāte brīvā dabā. Tajā pašā laikā cilvēka veselību ievērojami vairāk var ietekmēt gaisa piesārņojums tā dzīves vidē – dzīvojamās telpās un darba vidē. Nopietnu iekštelpu gaisa piesārņojumu var radīt dažādi vietējie avoti: virtuves, krāsnis, arī mēbeles, polimēri, krāsotas virsmas, mājdzīvnieki. To, kāds ir vides piesārņojuma līmenis, ietekmē arī telpu vēdināšana, kuras intensitātei ir jābūt sabalansētai ar nepieciešamību saglabāt optimālu temperatūru dzīvojamās telpās.

Ūdeņu piesārņojums

Ūdens tiek piesārņots, ja vielas vai fizikāli faktori ietekmē ūdens kvalitāti un ekosistēmu funkcionēšanu vai arī ja tiek ierobežotas ūdens izmantošanas iespējas konkrētiem mērķiem.

Izšķir divu tipu piesārņojuma avotus:

• punktveida piesārņojuma avoti;

• difūzā piesārņojuma avoti.

Tipiski ūdens punktveida piesārņojuma avoti ir

• cauruļvadi, pa kuriem ūdenskrātuvēs, upēs, ezeros un jūrās tiek ievadīti pilsētu vai rūpnīcu attīrīti vai neattīrīti notekūdeņi;

• lauksaimniecības notekūdeņi;

• cauruļvadi, no kuriem izplūst eļļa un naftas produkti.

Difūzā piesārņojuma avoti ir izkliedēti, un tos identificēt un novērtēt ir ievērojami grūtāk. Tipiski difūzā piesārņojuma avoti ir virszemes notece no lauksaimniecībā izmantojamām zemēm, celtniecības platībām, virszemes notece no lauksaimniecībā izmantojamām zemēm, lietus ūdeņu notece no urbanizētām teritorijām, notece no pamestām un ekspluatācijā esošām raktuvēm, karjeriem, vielu izkrišana ar nokrišņiem, noplūdes no atkritumu izgāztuvēm. Difūzais ūdens piesārņojums ir bīstamāks nekā punktveida avotu piesārņojums.

Nozīmīgākās ūdens vidi piesārņojošās vielas ir barības vielas (biogēnie elementi – slāpekļa un fosfora savienojumi), virsmas aktīvās vielas, metāli un mikroelementi.

Par īpaši bīstamu jāuzskata dabas ūdeņu piesārņojums ar naftu vai tās produktiem un vielām, kurām raksturīgs augsts noturīgums (stabilitāte) vidē un starp kurām īpašu vietu ieņem noturīgie organiskie piesārņotāji (NOP). Pēc lietojuma veida un izcelsmes NOP var iedalīt 3 grupās: a) NOP saturoši augu aizsardzības līdzekļi (aldrīns, DDT, dieldrīns, endrīns, heksahlorbenzols, heptahlors, hlordāns, mirekss, toksafēns); b) NOP saturoši rūpniecībā izmantojami ķīmiskie produkti (heksahlorbenzols, polihlorētie bifenili); c) NOP saturoši blakusprodukti (polihlorētie dibenzo-p-dioksīni, polihlorētie dibenzofurāni, poliaromātiskie ogļūdeņraži).

Augsnes piesārņojums un degradācija

Visai bieži piesārņojošās vielas nonāk augsnē un iedarbojas uz tajā esošiem dzīvajiem organismiem. Tomēr par būtiskāku uzskatāma ietekme, ko var radīt augsnē vai litosfērā nonākušo vielu iedarbība gan uz ūdeņu, gan sauszemes dzīvniekiem un ekosistēmām un ko nosaka piesārņojošo vielu akumulācija barības virknēs. Litosfēras un augsnes piesārņojuma galvenā īpatnība ir visai ierobežotā piesārņojuma izkliede no tā avotiem. To nosaka augsnes un litosfēras iežus veidojošo materiālu īpašības. Tajā pašā laikā augsnes vides kustīgais komponents – ūdens – var nodrošināt piesārņojošo vielu visai ātru izkliedi ar pazemes ūdeņiem. Tātad augsnes un litosfēras vidi raksturo piesārņojuma koncentrēšanās tā izplūdes vietās, bet arī iespējamība piesārņojumam ātri izkliedēties un intensīva mijiedarbība ar augsni veidojošiem iežiem. Cita nozīmīga augsnes vides īpatnība ir tāda, ka piesārņojošo vielu degradācijas procesi tajā notiek relatīvi lēni, un to nosaka nereti ierobežotā barības vielu, ūdens un skābekļa pieejamība mikroorganismu darbības nodrošināšanai. Augsnes vidi un litosfēru var piesārņot gan tajā tieši nokļuvušās vielas, gan arī vielas no atmosfēras nokrišņiem vai ūdeņiem. Sēra un slāpekļa oksīdi, ar atmosfēras nokrišņiem nokļūstot augsnē, spēj būtiski izmainīt tās sastāvu un ietekmēt pat gruntsūdeņus.

Nozīmīgs augsnes degradācijas cēlonis ir atkritumu izgāšana, kuras dēļ var veidoties lokāls, bet, piesārņojumam izkliedējoties, arī reģionāls augsnes vai pat visai dziļu gruntsūdeņu piesārņojums. Noglabājot piesārņojošās vielas pazemē, piemēram, iesūknējot vairāk nekā kilometra dziļumā, var tikt ierobežota piesārņojošo vielu tūlītējā iedarbība, bet šādas iedarbības sekas var izpausties tālākā nākotnē.

Praktiski visas vielu grupas, kuras tiek uzskatītas par būtiskām piesārņojošām vielām, var veidot augsnes un litosfēras piesārņojumu – tie ir organiskie savienojumi (gaistošie organiskie savienojumi, halogēnorganiskās vielas, naftas produkti, viegli degradējamās organiskās vielas) un neorganiskie savienojumi (radioaktīvie elementi, smagie metāli, toksiskie mikroelementi).

6. attēls. Nozīmīgākās vielu grupas – ES valstu pilsētu un rūpnieciskās izmantošanas augšņu raksturīgākās piesārņotājas

Augsnes piesārņojums ar biogēnajiem elementiem un augu aizsardzības līdzekļu atliekām var veidoties lauksaimnieciskajā darbībā. Tiek uzskatīts, ka augsnes sastāvs var visai ievērojami iespaidot cilvēka veselību. Augsnes sastāvs var ietekmēt augus, kas tajā aug, un līdz ar to netieši arī cilvēka pārtikas sastāvu. Augsnes sastāvs nosaka mikroelementu daudzumu, ko cilvēks uzņem ar pārtiku. Šādu mikroelementu piemērs ir selēns, kura trūkums vai arī pārmērīgi augsts daudzums cilvēka barībā var izraisīt specifiskas slimības. Līdzīgi fluora, arsēna un bora saturs augsnē var ievērojami ietekmēt attiecīgā reģiona dzīvnieku un cilvēku veselību. Ir pat pierādīts, ka kuņģa vēža izplatība noteiktos gadījumos saistāma ar augsnes sastāva īpatnībām.

7. attēls. Centrāleiropas un Ziemeļeiropas augšņu piesārņojums Černobiļas kodolreaktora avārijā. Pēc kodolreaktora avārijas lielākā daļa radioaktīvo izotopu (kā tas redzams ¹³⁷Cs piemērā) izkrita avārijas vietas tiešā tuvumā, bet nozīmīga daļa radioaktīvo elementu ar gaisa masām tika pārnesta un sasniedza Skandināvijas valstis.

Cilvēka darbības izraisītais augsnes piesārņojums var būt ne tikai lokāls, tas var skart lielas teritorijas. Piemēram, Černobiļas kodolreaktora avārijā tika piesārņotas lielas teritorijas (7. attēls), un radioaktīvais piesārņojums pakāpeniski nokļūst gruntsūdeņos.

Iekštelpu gaisu piesārņojošās vielas

Raksturojot gaisa vides piesārņojumu, parasti tiek vērtēta gaisa kvalitāte brīvā dabā, pilsētas gaisā. Tajā pašā laikā cilvēka veselību ievērojami vairāk var ietekmēt gaisa piesārņojums tā dzīves vidē – dzīvojamās un darba telpās (8. attēls).

8. attēls. Iekštelpu un ārtelpu gaisa piesārņojuma relatīvā ietekme uz cilvēka veselību dažādos pasaules reģionos (veselības riska faktoru daļa)

Gaisa piesārņojumu nosaka vairāki faktori, no kuriem vispirms jāmin gaisa piesārņojums cilvēka dzīves vidē – to izraisa ārējā gaisa pieplūde. Šādas situācijas piemērs var būt paaugstināts svina un poliaromātisko ogļūdeņražu saturs dzīvojamās telpās automaģistrāļu tuvumā. Nopietnu iekštelpu gaisa piesārņojumu var radīt dažādi lokālie avoti – virtuves, krāsnis, arī mēbeles, polimērie materiāli, krāsotas virsmas, dzīvnieki.

9. attēls. Iekštelpu (█) un pilsētvides (▲) gaisu piesārņojošo vielu tipisku koncentrāciju salīdzinājums un koncentrāciju intervāls iekštelpu gaisā (□)

Cits faktors, kas ietekmē gaisa kvalitāti telpās, ir jaunu materiālu un vielu radīšana – tādējādi cilvēka dzīves vidē palielinātā daudzumā nokļūst jaunas vielas, to piesārņojot. Piemēram, jauni siltumizolācijas materiāli, tīrīšanas līdzekļi, kosmētiskie preparāti, šķīdinātāji, augu aizsardzības līdzekļi rada cilvēka kontaktu ar vielām, kuru toksiskās īpašības ir pierādītas. Cilvēka dzīves vides piesārņojums var radīt dažādas sekas, arī tūlītēju nāvi. Nereti ir cilvēku bojāejas gadījumi, saindējoties ar tvana gāzi, kas izplūst no krāsnīm, kamīniem, gāzes apkures ierīcēm. Tomēr arī attīstītās valstīs telpu piesārņojums var būt nāves cēlonis, kā to pierāda nāves gadījumi no leģionelozes.

Ievērojami plašāk izplatīta un nozīmīgāka ir dzīves vides piesārņojuma ilgtermiņa iedarbība uz cilvēka veselību. Tā var izpausties pēc ievērojama laika, pat pēc desmitiem gadu, un līdz ar to, izmantojot mūsdienu pētījumu metodes (īpaši epidemioloģisko pētījumu rezultātus), kaitīgo vielu iedarbību ir grūti pierādīt. Pie vielām, kuras pirmkārt raksturo šāds iedarbības veids, jāpieskaita radons, azbests, formaldehīds un citas. Tomēr tieši dzīves telpu gaisa piesārņojums mūsdienās tiek uzskatīts par vienu no svarīgākajiem dažu slimību, piemēram, plaušu vēža, cēloņiem.

Gaisa vides piesārņojumu var radīt gan organiskas un neorganiskas vielas, gan arī mikroorganismi (1. tabula).

1. tabula

Tipiskas piesārņojošās vielas cilvēka dzīves vidē

Tipiska slimība, kuru izraisa dzīves vides gaisa piesārņojums ar mikroorganismiem, ir legioneloze. Leģionāru slimības cēlonis ir baktērija Legionella pneumophila, kas ir viena no vairāk nekā 20 līdzīgām baktērijām, kuru izraisīto saslimšanu sauc par legionelozi. Legionelozes uzliesmojumi novēroti ASV 1981., 1985., 1988., 1992. gadā, kā arī citās valstīs, un, ņemot vērā slimības augsto letalitāti, tā ir visai plaši pētīta. Legioneloze ir plaušu slimība, kuru izraisa vides piesārņojums (tā neizplatās no cilvēka un cilvēku) ar baktērijām Legionella. Šīs baktērijas var savairoties ūdenī, slēgtās ūdens cirkulācijas sistēmās, dīķos, arī gaisa kondicionēšanās iekārtās un izsmidzinot ūdeni (dušas, krāsnis, dārza laistīšanas iekārtas un citas ierīces), aerosolu veidā var tikt ieelpotas. Kā aerosoli baktērijas var tikt pārnestas pat relatīvi lielos attālumos.

Lai pasargātos no legionelozes, ir svarīgi pareizi izveidot un ekspluatēt ūdens cirkulācijas sistēmas. Praktiski tas nozīmē nepieciešamību novērst baktēriju savairošanās iespējas.

Arī alerģisko alveolītu var izraisīt gaisā esošie mikroorganismi. Alveolīta akūtā forma izpaužas 6–8 stundas pēc kontakta kā akūta respiratorā saslimšana, drudzis, elpas trūkums, klepus un muskuļu sāpes. Ja kontakts ar slimības izraisītājiem tiek pārtraukts, tā var ilgt dažas dienas. Slimības hroniskā forma ir vairāk izplatīta, ja ir pastāvīgs zema līmeņa piesārņojuma avots, piemēram, mājdzīvnieki. Šīs slimības cēlonis ir sēnītes, kuras, piemēram, izraisa arī alerģiju pret sienu, īpaši pelējušu. Šie paši mikroorganismi var attīstīties arī gaisa kondicionēšanas un vēdināšanas iekārtās.

Sēnīšu, baktēriju un citu mikroorganismu klātbūtne dzīvojamās vides gaisā var izraisīt arī tādas saslimšanas kā astma, alerģiskais rinīts un, piemēram, slimās ēkas sindroms. Pēdējais izpaužas kā vairāki atšķirīgi simptomi, kas parādās, dzīvojot vai strādājot noteiktās telpās, un pāriet, telpas atstājot. Tipiskas šāda sindroma izpausmes ir acu iekaisums un asarošana, izdalījumi no deguna, galvassāpes, dažkārt astma. Arī gaisa kondicionēšanas un mitrināšanas sistēmas var būt infekcijas slimību cēlonis.

Tā kā attīstītajās valstīs līdz 70% sava laika cilvēks pavada telpās, gaisa kvalitātei tajās piešķirama īpaša vērība. Arī dažādām neorganiskām vielām var būt visai liela loma kopējā piesārņojuma līmeņa veidošanā. NO₂ koncentrācija lauku un tīrā pilsētas gaisā ir 0,01–0,02 mg/m³, taču dzīves telpās ar gāzes apkuri virtuvē tā var būt 0,07–0,15 mg/m³, bet piesmēķētās telpās pat līdz 1,2 mg/m³. Paaugstināts slāpekļa oksīdu saturs pirmkārt var ietekmēt bērnu veselību, palielinot risku saslimt ar elpošanas ceļu slimībām. Piemēram, pierādīts, ka NO₂ koncentrācijas pieaugums par 15% iekštelpās bērniem par 40% paaugstina saslimšanas gadījumu skaitu ar elpošanas ceļu slimībām.

Arī dzīves vides gaisa piesārņojums ar azbestu ir plaši pētīts, un pierādīta negatīvā ietekme uz cilvēka veselību. Tomēr arī mākslīgi ražotie šķiedrainie materiāli (stikla vate, stikla šķiedras, akmens vate), īpaši tiem nolietojoties, var radīt līdzīgu piesārņojumu. Aktuāls var būt dzīves vides gaisa piesārņojums ar vielām, kuras ir tipiskas āra gaisa piesārņojuma gadījumos: sēra oksīdi, smagie metāli, aerosoli un citas.

Tikai cilvēka darba un dzīves vidē aktuāls ir gaisa piesārņojums ar azbestu. Azbests ir vispārējs apzīmējums šķiedrveida silikātu minerāliem. Par azbestu veidojošiem minerāliem uzskata hrizotilu, krokidolītu, antofilītu, tremolītu, aktinolītu un amozītu. Šīs dažādās azbesta formas sastāv no silīcija dioksīda (40–60%), kā arī dzelzs, magnija un citu metālu oksīdiem vai silikātiem. Apkārtējā vidē azbests nonāk, dēdējot kalnu iežiem, kā arī nolietojoties azbestu saturošiem izstrādājumiem. Vide var tikt piesārņota, izmantojot azbestcementu, azbesta audumus un azbestu kā siltumizolācijas materiālu. Azbesta robežkoncentrācija gaisā ir 0,2–2 šķiedras kubikcentimetrā. Azbesta iedarbības kaitīgās sekas rada tā mehāniskā iedarbība uz dzīvajiem audiem, ar kuriem tas nonāk saskarē. Azbesta iedarbības pakāpe un veids atkarīgs no tā šķiedru garuma. Ar azbesta šķiedrām piesārņota gaisa ieelpošanas gadījumā smalkās šķiedras nokļūst plaušās, kur relatīvi liela daļa no tām var tikt aizturēta. No ilgstošas azbesta putekļu iedarbības var attīstīties plaušu fibroze – azbestoze, kas saistīta ar pleiras apkaļķošanos un iespējām attīstīties plaušu vēzim. Azbestozei raksturīgs liels slimības latentais periods – 14–35 gadi.

Radons (Rn) ir viela, kuras radītais vides piesārņojums ir aktuāls vispirms iekštelpām un darba videi. Radons ir cēlgāze, kas veidojas kā starpprodukts radioaktīvā elementa urāna (²³⁸U) vai torija (²³²Th) sabrukšanas procesā. Radons ir bezkrāsaina gāze, blīvāka par gaisu. Ciets radons izdala gaiši zilu starojumu. Radona un tā sabrukšanas produktu daudzumu mēra bekerelos kubikmetrā (Bq/m³). Radona koncentrācija 1 Bq/m³ nozīmē, ka vienā kubikmetrā gaisa 1 sekundē sabrūk viens radona atoms. Radons kā gāze ir inerta viela un cilvēka organismā netiek aizkavēta. Radona bīstamību nosaka to atomu iedarbība, kuri veidojas radona sabrukšanas procesā, kamēr gāze atrodas cilvēka plaušās. Radona sabrukšanas produkti ir reaģētspējīgi metāli, kas cilvēka organismā veido oksīdus un citus savienojumus, kuri deponējas. Taču, tā kā arī šie savienojumi ir nestabili un sadalās tālāk, tad šādā veidā cilvēka organisms saņem iekšējo apstarojumu. Šāda apstarojuma sekas pārsvarā gadījumu ir ļaundabīgo audzēju (vispirms plaušu vēža) attīstība. Tiek uzskatīts, ka Zviedrijā līdz 25% nāves gadījumu no plaušu vēža ir izraisījis radons. Vides piesārņojums ar radonu ir tipiska cilvēka dzīves vides piesārņojuma problēma, jo paaugstināta radona koncentrācija var akumulēties tikai noslēgtā vidē ar ierobežotu gaisa apmaiņu. Līdz 80% radona emisijas avotu ir augsne un iežu dēdēšanas process. Tā kā radons kā gāze ir ļoti caurspiedīga, caur plaisām un atverēm ēku pamatos gāze nonāk cilvēka dzīves vidē. Būtisks radona avots var būt arī dzeramais ūdens.

Oglekļa oksīds (tvana gāze) CO vispirms var būt nozīmīgs no cilvēka dzīves vides un darba zonas piesārņojuma viedokļa. Galvenie antropogēnās emisijas avoti ir iekšdedzes dzinēji, to izplūdes gāzes, kā arī fosilā kurināmā nepilnīgas sadegšanas produkti. Īpaši bīstams var būt cilvēka dzīves vides piesārņojums ar oglekļa oksīdu. Sadzīvē bīstamas var būt krāšņu un citu apkures sistēmu nepilnīgas sadegšanas gāzes, automobiļu izplūdes gāzes, īpaši slēgtās telpās.

Ņemot vērā oglekļa oksīda augsto toksiskumu, cilvēka dzīves vidē ir būtiski samazināt tā emisiju dažādos degšanas procesos. Vispirms tas panākams, kontrolējot iekšdedzes dzinēju gāzu sastāvu. CO saturs pazeminās, izmantojot “liesāku” (ar degvielu nabadzīgāku) degmaisījumu, kā arī izplūdes gāzu katalītisku oksidēšanu.

Oglekļa oksīda toksiskās iedarbības pamatā ir tā spēja aizstāt skābekli hemoglobīnā, veidojot karboksihemoglobīnu, kas nespēj transportēt skābekli. Karboksihemoglobīna veidošanās reakcija ir apgriezeniska, tāpēc saindēšanās gadījumā ar tvana gāzi, ieelpojot gaisu vai tīru skābekli, hemoglobīna spēja pārnest skābekli var tikt atjaunota.

Ja karboksihemoglobīna daudzums sasniedz 10–20% no kopējā hemoglobīna daudzuma asinīs, saindēšanās simptomi izpaužas kā vieglas galvassāpes, vājums, diskomforta sajūta, ja 20–30% – var parādīties reiboņi, apziņas zudums, bet, ja par karboksihemoglobīnu ir pārvērsti 60–70% hemoglobīna, iestājas nāve. Jāuzsver, ka CO toksiskā iedarbība ir ļoti atkarīga no ieelpotā gaisa daudzuma, respektīvi, no darba rakstura, kuru cilvēks veic. Saindēšanās bīstamību ar oglekļa oksīdu palielina tas, ka tā ir bezkrāsaina gāze, bez smaržas un garšas, kuru sajust nav iespējams, bet jau pat niecīgs tās daudzums var ietekmēt cilvēka rīcībspēju.

Kopumā, ņemot vērā iekštelpu gaisa kvalitātes lielo ietekmi uz cilvēka veselību, jautājumu lokam, kas saistās ar cilvēka dzīves vides gaisa piesārņojumu, piešķirama īpaša vērība.

• Kas ir klimata pārmaiņas? Pieejams: http://politika.lv/temas/copenhagen_15/
• Pollution Pieejams: http://www.youtube.com/watch?v=0UFjArqB9zY
• Pollution And Its Types Pieejams: http://www.youtube.com/watch?v=p6QLx7vEyIY
• Stop Pollution Pieejams: http://www.youtube.com/watch?v=A8tDVkaz6vY&feature=related
• Air Pollution Video Pieejams: http://www.youtube.com/watch?v=TwM9_3thvss&feature=related
• Indoor Air Pollution: The Silent Killer Pieejams: http://www.youtube.com/watch?v=gciSp5X40t0
• Big Green Lies: Indoor & Outdoor Air Quality Pieejams: http://www.youtube.com/watch?v=NSdR6i4EIVY
• Indoor Air Pollution Pieejams: http://www.youtube.com/watch?v=bSCOnFLTzGQ
• Carpet. How It Affects Indoor Air Quality Pieejams: http://www.youtube.com/watch?v=onsOCpNaYbo
• Environmental microbiology. Pieejams: www-micro.msb.le.ac.uk/109/ Environmental.html
• Biogeochemical cycles. Pieejams: www.enviroliteracy.org/subcategory.php/198.html
• Leopold education Project. Pieejams: www.lep.org/
• World resources institute. Pieejams: http://materials.wri.org/topic_data_trends.cfm;

• Berner E. K., Berner A. B. (1996) Global environment. Water, air and geochemical cycles. N.Y.: Prentice Hall.
• Montgomery C. W. (1997) Environmental geology. 5th ed. Boca Raton: McGraw-Hill.
• Geochemical cycles (1991) Chapter 23 in Inorganic geochemistry (G.Faure ed), N.Y.: Macmillan Pub.
• Stinkule A., Kļaviņš M. (1998) Ģeoķīmija. Rīga: LU.
• Enger E. D., Smith B. F. (2006) Environmental science: A study of interrelationships. (10th Ed), Boston: McGraw Hill.
• Environmental science (Ed. L. Ryden) (2003) Uppsala: Baltic University Press.
• Cunningham W. P., Saigo B. W. (2001) Environmental science: a global concern. N.Y.: McGraw-Hill.
• Lovelock J. (2007) The Revenge of Gaia. London: Penguin Books Ltd.
• Begon M., Townsend C., Harper J. L. (2005) Ecology. From individuals to ecosystems. Boston: Blackwell Publ.
• Botkin D., Keller E. (2000) Environmental science: Earth as a living planet. N.Y.: J. Wiley.
• Nebel B. J. (1990) Environmental science: The way the world works. Upper Saddle River: Prentice Hall.

2. ILGTSPĒJĪGA ATTĪSTĪBA

Ilgtspējīgas attīstības koncepcija ir ne tikai viedoklis, kā cilvēcei kopumā un arī konkrētai kopienai un sabiedrībai attīstīties, bet galvenokārt uzskatu kopums par to, kā nodrošināt sabiedrības pastāvēšanu.

Ievads

Mācību materiālā profesionālajā izglītībā iesaistīto vispārizglītojošo mācību priekšmetu pedagogiem aprakstītas pamatkoncepcija par ilgtspējīgu attīstību, tās nepieciešamību un sasniegšanas līdzekļiem. Mācību materiāla mērķis ir izveidot priekšstatu par cilvēka darbības dimensijām un apjomu un parādīt to, ka esošā attīstības modeļa iespējas ir ierobežotas un tas nenovēršami noved pie katastrofas. Izvērtēts Latvijas attīstības raksturs pēdējās desmitgadēs un iespējamie attīstības scenāriji uzskatāmi par pamatu diskusiju, pārrunu utt veidošanai. Mācību materiāla apguves uzdevumi ir sekmēt priekšstata izveidi par sistēmisku pieeju procesiem vidē un sabiedrībā, respektīvi, nevis tikai attīstīt starppriekšmetu saikni (integrējot dabaszinātņu, sociālo zinātņu un humanitāro zinātņu priekšstatus), bet parādīt iespējas kā vērtēt attīstības raksturu un rīcības, kuras nozīmīgas aktīvas līdzdalības nodrošināšanai sabiedrības attīstībā.

Mācību materiāla 7 nodaļās aplūkoti jautājumi par resursu izmantošanas un attīstības modeļu ierobežotību, ilgtspējīgas attīstības pamatkoncepcijām. Mācību materiāla apguves rezultātā paredzams, ka izveidosies priekšstats par ilgtspējīgas attīstības koncepciju, ekoloģiskās pēdas nospiedumu, ilgtspējīgu patēriņu, kā arī aktuāliem Latvijas attīstības jautājumiem.. Mācību materiāla apguve palīdzēs veidot kompetences kā raksturot cilvēka un cilvēces ietekmi uz vidi, ko nozīmē ilgtspējīgs patēriņš un tiks sekmēta vides apziņas un atbildības izveide par ikviena sabiedrības locekļa kolektīvo un individuālo atbildību, ietekmējot vidi ap mums līdz ar to sekmējot jautājumu par ilgtspējīgu attīstību apguvi.

Mācību materiāla nodaļas:

• Izaugsmes robežas;

Mācību materiāla apguvi ieteicams uzsākt ar sniegtā konspekta apguvi, pēc tā iepazīstoties ar interneta resursos sniegtajiem materiāliem.

2.2. Izaugsmes robežas

Izaugsmes un sabiedrības attīstības raksturs

Cilvēces attīstību 20. gadsimta laikā raksturo iedzīvotāju skaita, ražošanas un patēriņa eksponenciāls pieaugums un daudzu procesu globalizācija. Protams, ne viss pieaug ar vienādu ātrumu, piemēram, pasaules naftas patēriņa ātrums nedaudz samazinās, bet dabasgāzes – palielinās. Dažu cilvēces attīstībai raksturīgo izmaiņu raksturs pēdējās simtgadēs parādīts 1. attēlā. Tajā redzams, ka pārmaiņu ātrumi ir atšķirīgi, bet kopējā tendence – izaugsme – turpinās.

2.3. Ierobežojumi attīstībai

Ņemot vērā iedzīvotāju un rūpniecības kapitāla pašatjaunošanās potenciālu, tos var uzskatīt par pasaules sistēmas eksponenciālās izaugsmes virzošajiem spēkiem. Sabiedrība visnotaļ veicina to augsmi, lai nodrošinātu ražošanu.

Iedzīvotāju skaitam un kapitālam piemīt potenciāls, kas nodrošina to ražošanu un atražošanu. Šis potenciāls nevar tikt īstenots bez nepārtrauktas enerģijas un materiālu pievadīšanas, kā arī bez nepārtrauktas piesārņojuma aizvadīšanas.

Cilvēkiem vajag pārtiku, ūdeni un gaisu, lai augtu, lai uzturētu savu ķermeni un radītu pēcnācējus. Savukārt, ražošanai vajag enerģiju, ūdeni un gaisu, kā arī milzīgu daudzumu minerālu, ķimikāliju un bioloģisko materiālu, lai ražotu preces, atvieglotu cilvēku dzīvi, kā arī lai uzturētu ražošanas sistēmu un palielinātu ražošanu. Saskaņā ar fundamentāliem likumiem materiāli un enerģija, ko lieto cilvēki un rūpnīcas, neizzūd. Materiāli var tikt izmantoti otrreiz vai arī kļūst par atkritumiem un piesārņojumu. Enerģija, savukārt, tiek izkliedēta siltuma veidā.

Iedzīvotāji un kapitāls iegūst materiālus un enerģiju no Zemes dzīlēm, bet atkritumi un siltums atgriežas atpakaļ. Pastāv konstanta plūsma no globāliem materiālu un enerģijas avotiem caur tautsaimniecību uz vidi, kur akumulējas atkritumi un piesārņojums. Tomēr ir ātruma ierobežojumi, ar kādiem cilvēki un kapitāls drīkst lietot materiālus un enerģiju vai radīt atkritumus, lai tie nenodarītu ļaunumu cilvēkiem, ekonomikai vai Zemes absorbcijas procesiem, reģenerācijai un pašregulācijai.

Katrs resurss, ko izmanto cilvēki, – pārtika, ūdens, dzelzs, fosfors, nafta un simtiem citu – ir ierobežoti gan avotu, gan noplūdes dēļ. Šo ierobežojumu patiesā daba ir sarežģīta, jo to avoti un noplūdes ir daļa no dinamiskas, savstarpēji saistītas un vienotas sistēmas – Zemes. Pastāv arī īslaicīgi ierobežojumi, piemēram, uzkrātās naftas daudzums rezervuārā kādai vajadzībai, un ilgtermiņa ierobežojumi, piemēram, naftas daudzums Zemes dzīlēs. Avoti un noplūdes var savstarpēji mijiedarboties, bet planēta dabiskā veidā var vienlaikus ietekmēt gan avotus, gan noplūdes. Augsne, piemēram, var būt gan avots pārtikas ražošanai, gan noplūdes vieta skābajiem lietiem, kurus izraisa gaisa piesārņojums. Tās spēja veikt kādu funkciju ir lielā mērā atkarīga no citu funkciju īstenošanas.

Pasaules Bankas ekonomists Hermans Deilijs (Herman Daly) ir piedāvājis trīs vienkāršas likumsakarības, lai ieviestu skaidrību šajā sarežģītībā un definētu ilgtermiņa vai līdzsvarotības ierobežojumus attīstībai:

1. atjaunojamiem resursiem – augsnei, ūdenim, mežiem, zivīm – ilgtspējīgas izmantošanas ātrums nedrīkst būt lielāks par reģenerācijas ātrumu. Piemēram, zivis var sabalansēti iegūt, ja tās tiek zvejotas ar ātrumu, ko līdzsvaro palikušās populācijas reprodukcija;
2. neatjaunojamiem resursiem – fosilajam kurināmam, augstas koncentrācijas minerālu rūdām, dabiskajam pazemes ūdenim – līdzsvarotas izmantošanas ātrums nedrīkst būt lielāks par to, ar kādu izmanto atjaunojamos resursus, lai aizvietotu neatjaunojamos resursus. Piemēram, naftas atradnes tiktu izmantotas līdzsvaroti, ja daļu ienākumu sistemātiski investētu Saules paneļu ražošanai vai koku stādīšanai, jo tad, kad nafta būs izbeigusies, atjaunojamās enerģijas plūsma būs vēl iespējama;
3. piesārņojuma līdzsvarotas noplūdes ātrums nedrīkst būt lielāks par ātrumu, ar kādu piesārņojums var tikt utilizēts, absorbēts vai padarīts nekaitīgs videi. Piemēram, notekūdeņi sabalansēti var tikt ievadīti upē vai ezerā tikai tad, ja ievadīšanas ātrums atbilst dabisko ekosistēmu pašattīrīšanās spējai.

Ir daudzi pierādījumi tam, ka attīstība un izaugsme notiek uz esošo resursu neatgriezeniskas izsmelšanas vai degradācijas rēķina. Cilvēces attīstības raksturs parāda, ka cilvēce līdzsvaroti neizmanto Zemes resursus un attīstības iespējas. Augsne, virszemes un pazemes ūdeņi, pārmitrās teritorijas, daba un vide ir sākuši degradēties. Pat vietās, kur atjaunojamie resursi šķiet stabili (piemēram, Ziemeļamerikas meži vai Eiropas augsnes), resursu kvalitāte, daudzveidība un izdzīvošanas spējas var tikt apšaubītas. Minerālu un fosilā kurināmā krājumi sāk izsīkt. Nav pat plāna un apmierinošas kapitāla investīciju programmas, lai uzturētu rūpniecību, kad fosilā kurināmā krājumi izbeigsies. Piesārņojums uzkrājas – piesārņojuma emisijas jau sāk pārsniegt vielu plūsmas to bioģeoķīmiskās aprites ciklos, bet atmosfēras ķīmiskais sastāvs mainās.

4. attēls. Izdedzis mežs pēc ugunsgrēka (2009. gada vasara, Grieķija)

Ja tikai viens vai daži resursi izbeidzas, bet citi ir pietiekamā daudzumā, varētu domāt, ka izaugsme turpināsies, aizvietojot vienu resursu ar citu (kaut gan arī tādai aizvietošanai ir ierobežojumi). Bet, ja daudzi avoti tiek iztukšoti un piesārņojuma plūsmas tiek pārslogotas, vairs nav šaubu, ka cilvēces materiālu un enerģijas patēriņš ir aizgājis par tālu. Cilvēce būs pārsniegusi ilgtspējīgas attīstības ierobežojumus.

Pašreizējo attīstību visuzskatāmāk raksturo enerģijas izmantošana. Tāpat kā daudzu citu resursu izmantošana, tā ir vairākkārt pieaugusi, bet tas rada jaunas problēmas. Kopumā pasaulē 85% enerģijas krājumu balstās uz fosilā kurināmā izmantošanu (akmeņogles, nafta, dabasgāze). Šie oglekļa krājumi ir veidojušies miljoniem gadu ilgos dabas procesos. Tie ir neatjaunojami pavisam vienkārša iemesla dēļ – mēs tos izmantojam apmēram miljons reižu ātrāk, nekā tie izveidojušies, un tas nozīmē, ka pienāks brīdis, kad resursu krājumi izbeigsies, gluži tāpat kā izbeigtos nauda bankā, ja to izņemtu miljonkārt ātrāk nekā noguldītu. Planētas akmeņogļu, naftas un dabasgāzes krājumi ir ierobežoti, un neseni aprēķini liecina, ka aptuveni puse no šiem krājumiem ir izlietota. 2008. gadā tika sasniegts globālais naftas ieguves maksimums. Pašlaik ieguves apjoms sācis samazināties, un ar katru gadu iegūtais naftas daudzums samazināsies, bet pieprasījums joprojām būs liels. Cenas aizvien pieaugs, un būs nepieciešams atrast jaunus enerģijas avotus.

Cik daudz enerģijas mēs izmantojam? Daudz vai maz? Lai to labāk saprastu, salīdzināsim ar to enerģijas daudzumu, kas mums nepieciešams katru dienu visu ķermeņa funkciju nodrošināšanai – apmēram 2,5 kWh vai 2100 kcal, pārrēķinot uz nepieciešamās pārtikas daudzumu. Tas nozīmē, ka viena aktīva cilvēka darbības efekts līdzinās 100 W parastai elektrospuldzei. Mēs jūtam pašu saražoto siltumu, kad atrodamies slikti vēdinātā telpā, kurā sapulcējies daudz cilvēku.

Izmantojot vienu kWh enerģijas, var paveikt ļoti daudz. Viena kWh ne tikai spēj 10 stundas nodrošināt visas skrienoša cilvēka ķermeņa funkcijas – tas ir arī pietiekams enerģijas daudzums, lai paceltu vieglo automašīnu līdz Eifeļa torņa virsotnei. Mēs izmantojam enerģiju dažādām funkcijām: ražošanai, transportam, apsildīšanai. Patiesībā mūsdienu Rietumu sabiedrībā katrs tās loceklis izmanto gandrīz 100 reižu vairāk enerģijas nekā būtu nepieciešams sevis uzturēšanai.

Mūsu sabiedrības enerģijas dilemma:

5. attēls. Naftas laikmeta uzplaukums un gals. Cilvēces attīstības posmus var nosaukt par laikmetiem: akmens laikmets, dzelzs laikmets, bet mūsdienas var saukt par naftas laikmetu. Neatjaunojamie fosilā kurināmā krājumi neapšaubāmi drīz izbeigsies. Naftas laikmets civilizācijas vēsturē būs visai īss, tikai kādi 100 lielražošanas gadi.

2.4. Pārsniedzot robežas

Cilvēces attīstības raksturu un ierobežojumus tās attīstībai, kā arī to, kādas var būt šo ierobežojumu pārsniegšanas sekas, 1972. gadā mēģinājuši interpretēt, bet, galvenais, modelēt un izstrādāt ieteikumus rīcībai grāmatas „Izaugsmes robežas” autori: Donella Mīdouza, Jorgens Randers, Deniss Mīdouzs. Tās pamatā ir pētījums par to, kas notiks ar mūsu pasauli, ja izaugsme turpināsies, atbilstoši tā saucamajam "viss kā parasti" (no angļu val. “business as usual”) attīstības modelim, kas neizbēgami noved pie resursu pārtēriņa, maksimumpunkta sasniegšanas un sabrukuma (6. attēls). Protams, dažādu parametru prognozes būs atšķirīgas. Kā jau minēts, naftas un gāzes patēriņa maksimums tika sasniegts jau 2008. gadā.

6. attēls. Pārtēriņš un sabrukums. Ja izaugsme kādā sistēmā turpinās nepārtraukti, tā nenovēršami patērē vairāk resursu nekā saražo (pārtēriņš), un kādā brīdī var sabrukt. Vienlaikus tiek degradēta resursu bāze. Alternatīva – attīstība, kas vērsta uz dinamisku līdzsvaru ar resursu bāzi, – ir ilgtspējīga attīstība.

Pārtēriņš un sabrukums ir novērots daudzās kopienās, īpaši salās, kur robežas (pieejami resursi un dzīves telpa) ir acīmredzamas un bieži vien viegli nosakāmas. Arī mūsu planētu Zemi var salīdzināt ar salu Visumā.

Nesen tika veikts pētījums, kas precīzāk noteica robežas dažādiem procesiem uz Zemes. Tos sauc par planētas robežām, kas aprēķinātas deviņiem dažādiem procesiem un resursiem. Trīs no šīm robežām jau ir pārkāptas. Tās ir

Skaidrs, ka šis tendences jāmaina, lai aizsargātu dzīvību nākotnē. Enerģija ir tikai viens no pakalpojumiem, ko mums sniedz vide. Ir vēl daudzi citi, to skaitā pārtika, ūdens un svaigs gaiss. Tas viss ir dzīvei nepieciešams, bet to apdraud mūsu sabiedrības ietekme uz vidi. Augsne, ūdens un gaiss ir piesārņots, un piesārņojošās vielas nonāk augos un dzīvniekos un galu galā mūsu pārtikā. Piesārņojums tradicionāli ir bijis galvenais „zaļās” kustības un vides zinātnes jautājums. Lai gan ir ievērojami panākumi vides piesārņojuma samazināšanā, darāmā vēl ir daudz. Īpaši svarīgi apzināties, ka piesārņojumu izraisa mūsu ekonomikas sistēmu trūkumi, ražojot preces, nodrošinot pārtiku un pakalpojumus, un, lai labotu situāciju, nepieciešams reformēt šīs sistēmas.

Taču piesārņojums nebūt nav vienīgais, pat ne visnopietnākais faktors, kas ietekmē vidi. Vēl lielākas ainavas pārveidošanas sekas izraisa mežu izciršana, lauksaimniecības zemju un pilsētu teritorijas un infrastruktūras paplašināšana. Tas viss ir samazinājis neskartās dabas teritoriju un pasliktinājis dzīves apstākļus neskaitāmām sugām. Bioloģiskā daudzveidība – dzīvības daudzveidība – kļuvusi par vienu no visapdraudētākajiem resursiem. Saskaņā ar aprēķiniem sugu izmiršana ir 100–1000 reižu straujāka, nekā tā būtu bez cilvēka iejaukšanās. Visdramatiskākais bioloģiskās daudzveidības apdraudējums ir tropiskajos mežos, kuru bioloģiskā daudzveidība ir milzīga, bet arī Baltijas jūras reģiona bioloģiskā daudzveidība ir samazinājusies. Tas īpaši attiecināms uz Baltijas jūru, kur dažu gadu desmitu laikā dzīvības veidi ir strauji mainījušies. Vietas, kur vēl saglabājusies augsta dabas dažādība, ir rūpīgi aizsargājamas. Dabas aizsardzība un atjaunošana ir ilgtspējīgas attīstības būtiskas sastāvdaļas.

Tādējādi daba ir ne tikai patīkama apkārtne. Tā sniedz mums ekosistēmu pakalpojumus. Pārtikas, ūdens un tīra gaisa nodrošināšana ir apgādājošie pakalpojumi. Daba regulē tādas vides daļas kā klimatu, barības vielu apriti, ūdens pašattīrīšanos un regulāciju, nodrošina augu apputeksnēšanu, kas dod mums augļus un ogas. Tie ir regulējošie ekosistēmu pakalpojumi. Visbeidzot, dabas skaistums un prieks, ko gūstam dzīvajā dabā, pastaigājoties, ceļojot kājām vai pa ūdensceļiem vai vienkārši atpūšoties, kopumā ir ekosistēmu kultūras pakalpojumi.

7. attēls. Cūkdelfīns Baltijas jūrā. Pasaules bioloģiskā daudzveidība sarūk 100–1000 reižu ātrāk, nekā tas notiktu bez cilvēka iejaukšanās. Baltijas jūrā apdraudēta mūsu vienīgās delfīnu sugas – cūkdelfīna – pastāvēšana.

8. attēls. Mencu zveja Ņūfaundlendā. Bioloģisko atjaunojamu resursu pārmērīga izmantošana var beigties ar to iznīcināšanu. Ņūfaundlenda bija viena labākajām mencu zvejas vietām pasaulē. Kad 1990. gadā Kanāda atcēla ierobežojumus, mencas tika izzvejotas, 1992. gadā to resursi izsīka, un vēl nav atjaunojušies. Turklāt vienā mirklī 40 000 zvejniecībā nodarbināto cilvēku zaudēja darbu!

Protams, tā ir nenovērtējama bagātība, bez kuras mūsu dzīve nav iedomājama. Un tomēr to var arī aprēķināt naudas izteiksmē. 1997. gadā visiem Zemes iedzīvotājiem tika sniegti ekoloģiskie pakalpojumi apmēram 16 triljonu latu apmērā. Tas ir vairāk nekā visas šajā gadā pirktās un pārdotās preces un pakalpojumi kopumā. Īstenībā mēs reti par šiem pakalpojumiem maksājam, tomēr mūsu pienākums ir labāk rūpēties par dabu un vidi. Dabas resursi būtu jāizmanto, rūpīgi ievērojot to pašatjaunošanās spējas. Pēc mežizstrādes mežam jāļauj atlabt, un mežziņi to labi saprot. Diemžēl atsevišķi lauksaimnieki nav tik uzmanīgi attiecībā uz augsnes saglabāšanu, tāpēc notiek zemju pārtuksnešošanās, pārsāļošanas un piesārņošana. Taču vissmagāko slogu rada zvejas apjomu pieaugums, kas apdraud pasaules okeānu zivju populācijas.

Ar nožēlu jāatzīst, ka vairums ekosistēmu ir pakļautas degradācijai. Pēc 2005. gada pasaules mēroga aprēķiniem (Millennium Ecosystems Assessment) izrādījās, ka liela daļa no ekosistēmu sniegtajiem pakalpojumiem ir samazinājušies. Šis pagaidām apjomīgākais pārskats vēlreiz apliecina, ka mūsu sabiedrībā nepieciešama pārorientācija.

Mūsdienu sabiedrība ir piedzīvojusi ātru iedzīvotāju skaita pieaugumu pēdējos trīssimts gados, un pēdējo gadsimtu laikā ir gūti ievērojami sasniegumi tehniskā un sabiedriskā jomā: no tvaika mašīnas līdz demokrātijai, datoram un korporācijām. Tas ir ļāvis ekonomikai pārsniegt redzamās fizikālās un materiālās robežas un nepārtraukti uzturēt pieaugumu. Īpaši pēdējo gadu desmitu laikā, kad izvērstā rūpniecības kultūra tika saistīta ar patērētāju sabiedrības attīstību un ieviesta cilvēku apziņā saistībā ar ideju par augsmi, kas vienmēr turpinās. Tāpēc ideju, ka varētu būt kādi ierobežojumi izaugsmei, vairums cilvēku pat nevar iedomāties vai pieņemt. Ierobežojumi nav politiski pieminami un ekonomiski iedomājami. Sabiedrība tiecas noraidīt ierobežojumu iespēju un cenšas to aizvietot ar iespējamo cīņu par tehnoloģijas uzlabošanu un brīvā tirgus attīstīšanu. Tomēr sabiedrības izaugsmes modelēšanas rezultāti parāda, ka līdzšinējais cilvēces attīstības ceļš sevi ir izsmēlis.

1. Ja pasaules iedzīvotāju skaita, rūpniecības, piesārņojuma, pārtikas ražošanas un resursu patēriņa augšanas tendences turpināsies, mūsu planētas iespēju robežas tiks sasniegtas aptuveni nākamo simts gadu laikā. Daudzu ierastāko resursu izmantošana un daudzie piesārņojuma veidi jau pārsniedz ātrumus, kas ir fizikāli līdzsvaroti. Bez ievērojamas materiālu un enerģijas plūsmu samazināšanas nākamajās desmitgadēs notiks nekontrolējama pārtikas, enerģijas un rūpniecības produkcijas daudzuma samazināšanās uz vienu iedzīvotāju. Iespējamākais rezultāts varētu būt pēkšņa un nekontrolējama iedzīvotāju skaita un ražošanas apjoma samazināšanās.
2. Šī samazināšanās nav neizbēgama. Ir iespējams mazināt šīs izaugsmes tendences un veidot apstākļus vides un ekonomiskai stabilitātei, kas varētu būt līdzsvarota arī tālā nākotnē. Globālā līdzsvara stāvokli vajadzētu veidot tā, lai tiktu apmierinātas katras personas materiālās pamatvajadzības un katram būtu vienlīdzīgas iespējas īstenot savu individualitāti.
3. Līdzsvarotas un ilgtspējīgas sabiedrības pastāvēšana ir tehniski un ekonomiski iespējama. Tā ir vairāk vēlama nekā sabiedrība, kas tiecas atrisināt savas problēmas ar pastāvīgu ekspansiju. Pāreja uz līdzsvarotu un ilgtspējīgu sabiedrību prasa rūpīgi sabalansēt ilgtermiņa un īstermiņa mērķus, dot priekšroku dzīves pietiekamam nodrošinājumam, vienlīdzībai un kvalitātei, bet nevis kopprodukta daudzumam. Tas prasa vairāk nekā tikai darba ražīgumu un vairāk nekā tikai tehnoloģiju – tas prasa arī briedumu, līdzjūtību un gudrību. Ja ļaudis nolems īstenot otro iespēju pirmās vietā – jo ātrāk tie sāks darboties, jo lielākas būs izredzes uz panākumiem.
   

2.5. Ilgtspējīgas attīstības koncepcija

Ilgtspējīgas attīstības koncepcija mūsdienās ir uzskatāma ne tikai par viedokli, kā cilvēcei kopumā un arī konkrētai kopienai un sabiedrībai attīstīties, bet galvenokārt par uzskatu kopumu, kāds sabiedrības modelis var nodrošināt tās pastāvēšanu. Ilgtspējīgas attīstības koncepcija ietver fiziskos apstākļus, politiskas koncepcijas, jēdzienu par dzīves kvalitāti vai labklājību un optimizētu ietekmi uz vidi, lai nodrošinātu, ka tās resursi ir vienlīdz pieejami visām paaudzēm. Ilgtspējīgas attīstības koncepcijas pamatā ir izpratne par trim jēdzieniem: attīstību, sabiedrības vajadzībām un nākamo paaudžu vajadzībām. Ilgtspējīgas attīstības koncepcijā ar jēdzienu „attīstība” tiek saprasts ne tikai pieaugums (ražošanas, nacionālā kopprodukta, labklājības), bet arī sociālās un ekonomiskās sfēras attīstība, vienlaikus nodrošinot dabisko ekosistēmu un cilvēka dzīves vides saglabāšanu. Ilgtspējīgas attīstības koncepcija līdz ar to ne tikai aplūko īstermiņa procesus (nodrošināt tagadnes vajadzības), bet arī pretendē uz vienlīdzīgu iespēju nodrošināšanu starp paaudzēm.

Ilgtspējīga būtu tāda sabiedrība, kas varētu pastāvēt mūžīgi. Līdz ar to ilgtspējīgas attīstības koncepcija ir uzskatu kopums, kura mērķis ir ietekmēt cilvēces nākotni un sabiedrības pastāvēšanu. Var uzskatīt, ka līdzšinējie sabiedrības attīstības modeļi ir bijuši neveiksmīgi un pierādījuši vai nu savu acīmredzamo nespēju nodrošināt sabiedrības attīstību, vai arī nav spējuši ietvert būtiskās atšķirības starp dažādiem pasaules reģioniem. Sabiedrības attīstības koncepciju pārvērtēšanā liela loma ir izpratnei par sabiedrības attīstības ietekmi uz vidi un tās aizsardzības nepieciešamību. Ir vairāki argumenti, kādēļ nepieciešams pārvērtēt līdzšinējos sabiedrības attīstības modeļus.

• Attīstība, īpaši Rietumu sabiedrībā, tiek saprasta kā cilvēka dominēšana pār dabu (šo attieksmi raksturo frāze „cilvēks – radības kronis”) un tās resursu izmantošana ražošanas attīstībai. Līdz ar to tiek ignorēta dabas un ekosistēmu sniegtā nodrošinājuma loma cilvēces attīstībai un tas, ka dabai ir vērtība pašai par sevi, bet citām dzīvības formām un dzīvajiem organismiem var būt vajadzības, bet, galvenais, tiesības pastāvēt.
• Rietumu sabiedrībā dominējošajā attīstības modelī galvenā prioritāte ir ekonomiskā izaugsme un tas, ka patēriņš ir galvenais rādītājs, kas raksturo cilvēka un cilvēces labklājību. Saskaņā ar šo koncepciju sabiedrības labklājība ir dzīves standarts – ieņēmumu daļa, kas tiek izmantota, lai iegādātos lietas un pakalpojumus. Šāds attīstības modelis, kas pamatojas uz individuālo patēriņu, neizbēgami noved pie milzīgas ieņēmumu un labklājības nevienlīdzības pat vienā valstī (īpaši ņemot vērā brīvā tirgus ekonomikas ciklisko raksturu), nemaz nerunājot par atšķirību veidošanos starp dažādiem pasaules reģioniem. Šādi definētās labklājības neizbēgamās atšķirības noved pie sociālās spriedzes, militāriem konfliktiem un sabiedrības nestabilitātes.
• Uz resursu pieaugumu pamatotā patēriņa sabiedrības attīstība neizbēgami noved pie patēriņa un ražošanas atkritumu (piesārņojuma) palielināšanās un resursu izsmelšanas. Ražošanas un patēriņa attīstības dēļ pēdējās desmitgadēs ir mainījies vides problēmu raksturs.
• Patēriņa sabiedrības attīstības modelis ignorē faktu, ka tāda ražošana, kas patērē resursus un degradē vidi un kas nodrošina dzīvesveidu bagātākajās pasaules valstīs, uz visas planētas nav iespējama. Jau pašlaik, kad vēlamais patēriņa līmenis sasniegts tikai relatīvi nedaudzās pasaules valstīs, visas planētas ekosistēmas nespēj absorbēt radīto piesārņojumu, kā tas ir siltumnīcefekta gāzu emisijas radīto klimata pārmaiņu piemērā. Ir acīmredzams, ka uz Zemes nepietiek resursu, lai ilgtermiņā nodrošinātu esošā patēriņa līmeni Rietumeiropas un Ziemeļamerikas valstīs, nemaz nerunājot par to, ka šādu patēriņa apjomu varētu nodrošināt visiem pasaules iedzīvotājiem. Tāpat šādu patēriņa līmeņa pieauguma ātrumu nebūs iespējams nodrošināt nākotnē, pat neņemot vērā tehnoloģisko progresu.
• Līdzšinējā Rietumu sabiedrības attīstības rakstura pamatā bija izpratne, ka attīstība un izaugsme nav ierobežota. Tomēr jāatzīst, ka ekonomiskajai izaugsmei ir robežas! Izaugsmes robežas nosaka planētas nestspēja, resursu pieejamība, kuru daudzums ir ierobežots, un planētas ekosistēmu spēja absorbēt piesārņojumu. Kaut arī tehnoloģiskais progress neapšaubāmi var paaugstināt resursu izmantošanas efektivitāti, tomēr šos attīstības ierobežojumus pārvarēt nav iespējams. Tātad cilvēces attīstībai jānodrošina līdzsvars starp planētas spēju uzturēt cilvēces pastāvēšanu un vēlamo dzīvesveidu.

Vides piesārņojuma avoti – punktveida vai difūzi. Agrāk piesārņojuma avoti bija punktveida, piemēram, gaisa vai ūdens piesārņojums no rūpnīcas, kaitīgo vielu izplūde kādā katastrofā vai kaitīgo vielu noplūde no atkritumu izgāztuves. Pamazām kaitīgā ietekme uz vidi kļuva mazāk koncentrēta un sāka dominēt difūzie piesārņojuma avoti, kas ietver barības vielu noplūdi no lauksaimniecības zemēm, ķimikāliju lietošanu mājsaimniecībās, automašīnu radīto gaisa piesārņojumu. Punktveida avotu radītās problēmas var risināt ar skaidru un ierobežotu darbību, bet difūzo avotu izraisīto problēmu risināšana ir daudz sarežģītāka, un panākumi ir sasniedzami daudz lēnāk.

Vides problēmu mērogs – vietējs, reģionāls vai globāls. Vēl nesen daudzi piesārņojuma veidi bija vietēja rakstura, parasti ap punktveida piesārņojuma avotu. Vēlāk atklājās, ka piesārņojums var ietekmēt pat reģionus, šķērsojot valstu robežas, piemēram, skābie nokrišņi un eitrofikācija. Pašlaik aktuālākās vides problēmas ir globālas. Jo plašāks problēmas mērogs, jo grūtāk to risināt, jo nepieciešama starptautiska sadarbība.

Vides problēmu ilgums – mazs vai liels. Kaitīgā ietekme uz vidi daudzos gadījumos ir īslaicīga, ja avota pastāvēšana ir ierobežota laikā. Tā tas bija ar gaisa piesārņojumu no centralizētas apkures uzņēmumiem vai ar ūdens piesārņojumu no nelielām apdzīvotām vietām. Pašlaik vairums vides problēmu ir ilglaicīgas, tās nezūd nekavējoties arī tad, ja cēlonis ir likvidēts. Noturīgie organiskie savienojumi, smago metālu savienojumi vai radioaktīvais piesārņojums var ietekmēt vidi ilgu laiku pēc piesārņošanas beigām. Tā tas ir arī ar Baltijas jūras eitrofikāciju, kuras samazināšana prasīs vairākas desmitgades, pat ja papildu barības vielu ieplūde tiktu pilnīgi apturēta.

Vides piesārņojuma problēmu sarežģītības pakāpe – vienkārša vai sarežģīta. Daudzas vides problēmas kļūst arvien kompleksākas. Vienā rūpnīcā var tikt izmantoti simtiem dažādu ķīmisko vielu, un daudzas no tām var būt vidē noturīgas. Tāpat arī patēriņa preces var dažādi ietekmēt vidi. Daudzas vielas, kā arī tautsaimniecības nozares iedarbojas uz vidi savstarpēji saistīti, piemēram, organiskie atkritumi no celulozes ražošanas rūpnīcas vai pilsētas notekūdeņi piesaista aromātiskās vielas vai smagos metālus, kuri ir atbrīvojušies, kad organiskās vielas sadalās. Jo kompleksāka ir vides problēma, jo sarežģītāk ir to izprast un atrisināt.

2.6. Ilgtspējīgas attīstības koncepcijas izveide

Ilgtspējīgas attīstības nepieciešamība pirmo reizi tika deklarēta 1972. gadā Stokholmā ANO konferencē par cilvēku un vidi. Mūsdienu izpratne par ilgtspējīgu attīstību pamatojas uz 1987. gadā ANO Vides un attīstības komisijas ziņojumā „Mūsu kopīgā nākotne” (Our Common Future) izteikto ideju: “Ilgtspējīga attīstība ir attīstība, kas apmierina pašreizējās paaudzes vajadzības, neradot draudus nākamajām paaudzēm apmierināt to vajadzības.” Ilgtspējīgas attīstības koncepcija, tās satura attīstība un risinājumi iedzīvināšanai mūsdienās ir nozīmīgs ANO darba uzdevums, kam veltīta ANO konference par vidi un attīstību 1992. gadā Riodežaneiro, kad tika pieņemta „Deklarācija par vidi un attīstību” un „Rīcības programma 21. gadsimtam” (Agenda 21). Šajā apmēram 150 valstu vadītāju tikšanās reizē arī Latvija parakstīja „Rīcības programmu 21. gadsimtam”, kurā ietvertas nepieciešamās darbības pasaules vides problēmu risināšanā. “Domā globāli, rīkojies uz vietas” – šajā stratēģijā pausta atziņa, ka neviena globālā darbība nav iedomājama bez apzinātas vietējā līmeņa rīcības. Daudzās pasaules valstīs tika atzīts, ka valstīm jāveido sava attīstības stratēģija tā, lai tiktu saglabāti ne tikai ekonomiskās attīstības tempi un iespējas, saglabāta dzīves kvalitāte, bet arī novērsta vides degradācija un resursu pārtēriņš. Tādējādi ilgtspējīgas attīstības koncepcija kļuva par uzskatu kopumu, kas spēja ietekmēt esošās sabiedrības rīcību un nākotnes sabiedrības izveidi. Pasaules valstu attīstības ilgtspēja tika izvērtēta ANO Ilgtspējīgas attīstības konferencē 2002. gadā Johannesburgā, Dienvidāfrikas Republikā.

9. attēls. ANO ģenerālsekretārs Butros Butros-Gali 1992. gadā Riodežaneiro atklāj pasaules valstu vadītāju konferenci par vidi un attīstību.

Precizēta un izvērsta ilgtspējīgas attīstības definīcija sniegta Eiropas Savienības Ilgtspējīgas attīstības stratēģijā: „Ilgtspējīga attīstība ir attīstība, kas apmierina šīs paaudzes vajadzības, neapdraudot nākamo paaudžu iespējas apmierināt savējās. Tas ir viens no izvirzītajiem mērķiem Eiropas Savienības līgumā, kas nosaka ES politiku un rīcību. Tā ir attīstība, kas nodrošina Zemes spēju uzturēt dzīvību visā savā daudzveidībā. Tā balstās uz demokrātijas, dzimumu līdztiesības, solidaritātes un likumu varas principiem, kā arī uz pamattiesību, tajā skaitā brīvības un vienādu iespēju, ievērošanu. Tā ir orientēta uz šīs un visu turpmāko paaudžu pastāvīgas dzīves kvalitātes uzlabošanu un labklājības veicināšanu. Tā veicina dinamisku ekonomiku, pilnīgu nodarbinātību, augstu izglītības līmeni, labu medicīnisko aprūpi, sociālu un teritoriālu kohēziju un vides aizsardzību mierīgā un drošā pasaulē, respektējot kultūras daudzveidību."

Ilgtspējīgas attīstības koncepcija balstās uz nepieciešamību optimizēt ekonomisko attīstību un sociālo sistēmu, kā arī ietekmi uz vidi un resursu izmantošanu. Šim attīstības modelim jānodrošina ekonomikas, vides un sociālās sfēras ilgtspēja laikā un telpā. Trīs pamatsfēras, bez kurām mūsdienās nav iespējama cilvēces pastāvēšana, ir darboties spējīga ekonomika, harmoniska sabiedrība un veselīga vide, kas vienlaikus ir vēlamie ārējie priekšnosacījumi indivīda attīstībai. Ilgtspējīga attīstība nozīmē to, ka jebkurš ekonomikas, sabiedrības vai vides jautājums jārisina tā, lai pieņemtais lēmums būtu labvēlīgs vai pēc iespējas mazāk nelabvēlīgs pārējo sfēru attīstībai (10. attēls).

10. attēls. Vides, ekonomikas un sociālās sfēras ilgtspējīga attīstība

Ilgtspējīgas attīstības mērķi un principi ir kļuvuši par vadlīnijām, lai pieņemtu atbilstošus ekonomiskus un politiskus, kā arī vides aizsardzības lēmumus, kuru mērķis ir:

• ierobežot cilvēces ietekmi uz apkārtējo dabas vidi un nepieļaut tālāku vides pašatjaunošanās spēju pārsniegšanu;
• samazināt līdz minimumam neatjaunojamo resursu patēriņu un nodrošināt atjaunojamo resursu izmantošanas paplašināšanu;
• saudzēt un aizsargāt dabu, nodrošinot bioloģiskās daudzveidības saglabāšanu;
• veicināt ekonomisko attīstību, lai nodrošinātu cilvēka vajadzības, ļautu paaugstināt dzīves kvalitāti un nodrošinātu taisnīgu pasaules bagātību sadali;
• izveidot tādu lēmumu pieņemšanas un pārvaldes sistēmu, kas sekmē sabiedrības līdzdalību lēmumu pieņemšanas procesā.

• Resursu saglabāšana, respektīvi, cilvēces attīstībai nepieciešamo resursu pieejamības nodrošināšana ne tikai esošajām, bet arī nākamajām paaudzēm. Līdz ar to nepieciešams realizēt rīcības programmu un politiku, kuras mērķis ir paaugstināt neatjaunojamo resursu izmantošanas efektivitāti, to aizvietošanu ar atjaunojamiem resursiem, vienlaikus saglabājot bioloģisko daudzveidību un aizsargājot sugu ģenētisko potenciālu. Šī uzdevuma risināšanas pieejas ir visai labi zināmas, un tās ir, piemēram, alternatīvo enerģijas avotu attīstība, ražošanas un cita veida atkritumu atkārtota izmantošana, jaunu, videi draudzīgu tehnoloģiju attīstība.

• Cilvēka radītās (antropogēnās) vides un dabas vides sabalansēta attīstība, kas saistās, piemēram, ar nepieciešamību saglabāt lauksaimnieciski izmantojamo zemju produktivitāti, optimizēt pilsētu teritoriju izmantošanu un transporta plūsmas.

• Sabiedrības attīstībai pieņemamas vides kvalitātes nodrošināšana, pārtraucot vai ierobežojot procesus, kuri degradē vidi, negatīvi ietekmē ekosistēmu pašatjaunošanās spējas, un nepieļaujot procesus, kas var nelabvēlīgi ietekmēt cilvēku veselību un samazina dzīves kvalitāti. Vienlaikus nepieciešams atjaunot degradēto vidi.

• Sociālās vienlīdzības nodrošināšana. Ilgtspējīga attīstība nav iedomājama bez sociālās vienlīdzības nodrošināšanas gan valstī, gan starp valstīm, nepieļaujot ienākumu nevienlīdzības pieaugumu un nodrošinot tādu attīstību, kas samazina sociālo nevienlīdzību.

• Sabiedrības līdzdalība valsts un vides pārvaldē vistiešāk rāda, ka ilgtspējīga attīstība jāatbalsta un jāuztur visai tautai. Ilgtspējīga attīstība nav sasniedzama bez sabiedrības attieksmes pret patēriņu un resursu izmantošanas maiņu. Sabiedrības pāreja uz ilgtspējīgu attīstību nav iedomājama bez politiskas apņemšanās un pārejas no tādas sociāli ekonomiskās sabiedrības organizācijas, kas balstās uz esošo resursu pārtēriņu un iegūto labumu nevienlīdzīgu sadali, uz sabiedrību, kuras pamatā ir sociālā vienlīdzība, resursu saudzīga izmantošana un efektīva pārvalde. Vienlaikus ir skaidrs, ka šādas izmaiņas sabiedrībā nav sasniedzamas ar administratīvām reformām, bet tām ir jābūt ierosinātām un atbalstītām “no apakšas”. Ilgtspējīgas attīstības uzdevums ir panākt izmaiņas attieksmē pret vērtībām, nodrošinot aizvien lielāku sabiedrības līdzdalību politisku lēmumu pieņemšanā un sabiedrības pārvaldē.

Ilgtspējīga attīstība sasniedzama, rodot risinājumus visiem šiem pieciem uzdevumiem, – īstenojot sabiedrības plānošanu tirgus ekonomikā un nenosakot, kādā politiskā sistēmā šie uzdevumi tiek risināti.

Ilgtspējīga attīstība pastāv tad, kad kopīgie Zemes kapitāla krājumi paliek nemainīgi vai turpina augt. Ar kopējiem Zemes kapitāla krājumiem saprot trīs galvenās kapitāla formas.

• Ekonomiskais (cilvēku radītais) kapitāls – kapitāls, kas tradicionāli ietver iekārtas, tehniku, celtnes un infrastruktūru un tiek izmantots preču ražošanā un pakalpojumu sniegšanā.

• Sociālais kapitāls – saistīts ar cilvēku labklājību gan sabiedriskā, gan individuālā veidā. Tas sastāv no sociālajām normām, kā arī no formālām un neformālām struktūrām, kas nodrošina pieeju resursiem, palīdz risināt kopīgas problēmas un veicina sociālo vienotību, bet balstās uz cilvēku garīgo un fizisko veselību, izglītību, motivāciju, talantu, prasmēm un iemaņām.

• Dabas kapitāls – visas ekosistēmas un dabas resursi (atjaunojamie un neatjaunojamie). Papildus tradicionālajiem dabas resursiem (koksne, ūdens, enerģija, minerāli) dabas kapitāls ietver arī dabas vērtības, ko grūti izteikt monetārās vienībās, – bioloģisko daudzveidību, sugas un ekosistēmas, kas nodrošina ekosistēmu pakalpojumus (piemēram, gaisa un ūdens attīrīšanu).

Ilgtspējīga attīstība paredz pastāvīgu visu kapitāla formu attīstību un saglabāšanu, jo no tām ir atkarīga cilvēces eksistence un labklājība gan tagad, gan nākotnē. Tā kā Zemes kopējais kapitāls sastāv no šo kapitālu kopsummas, tad pastāv iespēja, ka kopējie kapitāla krājumi var palielināties arī tad, ja viena kapitāla forma samazinās un cita aug. Piemēram, tiek samazināts dabas kapitāls, bet ekonomiskā izaugsme ir pietiekami liela, lai nodrošinātu kopējā kapitāla pieaugumu.

Tāpēc kapitāla formu savstarpējo aizstājamību var izteikt kā ilgtspējīgas attīstības divas pieejas:

• stipra ilgtspēja tiek nodrošināta, ja neviena no ilgtspējīgas attīstības kapitāla formām nesamazinās. Tā nebalstās uz aizstāšanas principu un nepieļauj dabas kapitāla aizstāšanu ar cilvēka radīto kapitālu. Izmantojot šo pieeju, rodas problēmas, nosakot kritiskās dabas kapitāla robežas. Savukārt, nepieļaujot kapitālu aizstājamību, rodas situācija, kad dažiem kapitāla veidiem tiek piešķirta absolūta vērtība, kas ir lielāka nekā citiem;

• vāja ilgtspēja balstās uz pieņēmumu, ka labklājība un ilgtspēja nav atkarīga no kādas īpašas kapitāla formas, bet tiek nodrošināta, ja kopējie Zemes kapitāla krājumi pieaug. Šāda pieeja pieļauj dažādu kapitāla formu savstarpējo aizstājamību. Izmantojot šo pieeju, būtu, piemēram, iespējams izcirst Brazīlijas mūžamežus, lai šajā teritorijā nodrošinātu bioloģiskās pārtikas ražošanu vai arī lai iegūtos finanšu līdzekļus ieguldītu cilvēku kapitāla attīstībā. Šajā gadījumā problēma rodas, salīdzinot dažādas nesalīdzināmas kategorijas – mežus ar cilvēkiem, kā arī nosakot to vērtību un aizstājamības pakāpi. Vājā ilgtspēja balstās arī uz ieguvumu un izdevumu analīzi, kurā savstarpēja aizstājamība ir pieņemama.

2.7. Ilgtspējīgas attīstības pamatprincipi

Plānojot, īstenojot un vērtējot attīstības ilgtspēju, ir izstrādāti vairāki pamatprincipi. Vieni no tiem ir sociāli ekoloģiskie principi, kas skaidri parāda attīstības procesa likumsakarības, tādējādi ļaujot precīzi definēt attīstības mērķus. Pārejas ceļi uz ilgtspējīgu attīstību var būt dažādi, un tajos iespējams kļūdīties, taču skaidra mērķa definēšana ir uzskatāma par attīstības priekšnoteikumu. Sociāli ekoloģisko principu priekšrocības ir tās, ka tie ilgtspējīgu attīstību vērtē no sistēmu viedokļa un darbības aplūko virknē kopš paša sākuma.

Ilgtspējīgas attīstības pamatprincipos par nozīmīgākajām jāuzskata četri ilgtspējas veidi, kas sniedz atbildi uz jautājumu “kā darīt?”, lai nodrošinātu sabiedrības attīstību.

• Daudzveidība ir uzskatāma par nepieciešamu priekšnoteikumu jebkuras sistēmas (tajā skaitā arī sabiedrības) tālākai attīstībai. Bioloģiskā daudzveidība, ekonomiskā daudzveidība, kultūru daudzveidība ir pamatā biosfēras un sabiedrības spējai uzturēt to dinamisko stabilitāti. Inovācija un pielāgošanās jauniem apstākļiem ir iespējama tad, ja pastāv dažādas pieejas un attīstības alternatīvas, no kurām var veidot jaunas, stabilas sabiedriskas sistēmas. Lai palielinātu ilglaicīgu stabilitāti, bieži vien piemērotākā stratēģija ir attīstības dažādošana.

• Subsidiaritāte jeb pašpārvalde nozīmē visa veida funkcijas zemākajā iespējamā pārvaldes līmenī. Palīdzība vai norādījumi no ārpuses ir vēlami tikai gadījumā, ja tie palīdz veikt attiecīgās deleģētās funkcijas un tajā pašā laikā bīstami nesamazina apakšsistēmas autonomiju. Pašpārvalde ir cieši saistīta ar sociālo atbildību un sociālo drošību un var tikt lietota visās jomās – politikā, administrācijā, uzņēmējdarbībā, tehniskajās sistēmās, ekonomikas materiālo plūsmu nodrošināšanā. Šis princips nesniedz skaidrus norādījumus, bet liek meklēt optimālo risinājumu starp autonomiju un integrāciju plašākās sistēmās. Pašpārvaldes principa ieviešana veicina indivīdu iesaistīšanos un pašvaldību aktivitāti veidot un pārvaldīt savu dzīvi, tādējādi veicinot demokrātiju.

• Sadarbības princips akcentē horizontālo, nehierarhisko mijiedarbību nozīmību. Tāds sadarbības modelis balstās uz savstarpēji vienotiem mērķiem un likumiem un parasti ir atvērts: dalībnieki var pievienoties vai izstāties. Sadarbības tīkli nodrošina pieredzes un informācijas apmaiņu, rada savstarpējo atbalstu, stabilizē sistēmas, kā arī veicina konkurenci – dalībnieki var izvēlēties citu, pievilcīgāku sadarbības tīklu. Tādēļ sadarbības tīklu pastāvēšanai ir vitāli svarīga spēja piemēroties jaunajam un orientēties uz dalībnieku vajadzībām.

• Piedalīšanās jeb līdzdalības princips atbilst demokrātijas pamatidejām un ir pamats pieeju daudzveidībai. Tas var būt būtisks, lai izvairītos no konfliktiem. Īpaši svarīga ir visu jautājuma risināšanā iesaistīto pušu piedalīšanās problēmas formulēšanas sākuma stadijā un iespējamo alternatīvu apzināšanā. Piedalīšanās veicina atbildību un motivē cilvēkus dot savu ieguldījumu pieņemtā lēmuma izpildē. Turklāt piedalīšanās prasa dalībnieku laiku un ieinteresētību, iesaistītās institūcijas atvērtību un bieži arī vairāk laika un līdzekļu nekā labi izstrādāta hierarhiskā tipa lēmumu pieņemšana. No izvēlētās procedūras ir atkarīgs risks, ka lēmums var neatbilst ekspertu viedoklim, bet piedalīšanās princips liek respektēt atšķirīgas intereses un viedokļus.

Kaut arī ilgtspējīgas attīstības pamatprincipi ir daudzveidīgi, tomēr konkrēta pamatprincipu izmantošana atbildīgu ekonomisku, politisku un vides aizsardzības lēmumu pieņemšanu padara praktiskāku.

Vērtējot ilgtspējīgas attīstības īstenošanu, īpaši būtisks ir jautājums par ilgtspējīgas attīstības koncepcijas izmantošanas iespējām atšķirīga ekonomiskā un sociālā režīma valstīm. Līdz pat šim laikam visplašāk ir pētītas industriāli attīstīto valstu ilgtspējīgas attīstības iespējas. Lai arī šo valstu skaits ir relatīvi mazs, tomēr ilgtspējīgas attīstības pamatprincipu ievērošana tajās ir īpaši aktuāla saistībā ar augsto patēriņa līmeni, kas mijiedarbībā ar brīvā tirgus ekonomikas un globalizācijas procesiem būtībā ir viens no galvenajiem cēloņiem globālajām vides un attīstības problēmām. No otras puses, tieši industriāli attīstīto valstu grupā vērojama izpratne par ilgtspējīgas attīstības nepieciešamību. Industriāli attīstītajās valstīs par ilgtspējīgas attīstības stratēģiski nozīmīgu virzienu izvirzās dematerializācijas koncepcija – ekonomiskās attīstības un materiālu patēriņa atsaistīšana jeb labklājības pieauguma nodrošināšana, vienlaikus samazinot materiālās patēriņa vajadzības un resursu patēriņu. Situācija industriāli attīstītajās valstīs visai ievērojami atšķiras no situācijas, piemēram, Āfrikā, lielākajā daļā Āzijas un Dienvidamerikas valstu, arī daudzās Eiropas valstīs. Šo valstu iedzīvotāju vēlme pēc iespējas straujāk sasniegt industriāli attīstīto valstu labklājības līmeni vēl vairāk aktualizē nepieciešamību panākt ekonomiskās attīstības un materiālu patēriņa atsaistīšanas jautājumu. Tajā pašā laikā pasaules visnabadzīgākajās valstīs ilgtspējīgas attīstības jautājumi ir saistīti ar brīvā tirgus ekonomikas un globalizācijas negatīvo seku izraisīto problēmu risināšanu, kas būtībā nav iespējams vietējā mērogā.

2.8. Ekoloģiskā pēda

Cilvēku vajadzību apmierināšanai tiek ražotas preces un sniegti pakalpojumi, kuru nodrošināšanai ir nepieciešami dabas resursi un kas rada vides piesārņojumu un atkritumus. Ekoloģiskā pēda ir ilgtspējīga dzīvesveida indikators, kas parāda, cik liela zemes platība ir nepieciešama cilvēku vajadzību apmierināšanai.

11. attēls. Ekoloģiskā pēda. Ar ekoloģiskās pēdas palīdzību tiek uzskaitītas enerģijas un vielu plūsmas, kādā noteiktā saimnieciskā sistēmā (valstī, pilsētā, mājsaimniecībā), un iegūtie lielumi tiek pārvērsti zemes platībā, kas nepieciešama, lai daba šīs plūsmas uzturētu.

Matiss Vekerneidžels (Matis Wackernagel), viens no ekoloģiskās pēdas koncepcijas radītājiem, ekoloģisko pēdu definē kā hektāros izteiktu zemes un ūdens platību, kas nepieciešama, lai saražotu kāda indivīda vai populācijas vai kādā aktivitātē patērēto produkciju un absorbētu šo produktu dzīves ciklā radīto piesārņojumu, izmantojot esošās tehnoloģijas un resursu apsaimniekošanas praksi. Piemēram, Latvijas ekoloģiskā pēda ir hektāros izteikta kopējā zemes platība, kas nepieciešama, lai saražotu Latvijas iedzīvotāju patērēto pārtiku, preces un pakalpojumus, lai absorbētu atkritumus un piesārņojumu, kas radušies šo preču pilnā dzīves ciklā. Ar ekoloģiskās pēdas palīdzību tiek mērīts un analizēts dabas resursu patēriņš, saražoto atkritumu apjoms un dabas atjaunošanās spēja. Atšķirībā no citiem (ietekmes uz vidi) rādītājiem ekoloģiskā pēda atspoguļo arī to slodzi uz vidi, kas mūsu patēriņa dēļ rodas citās valstīs, jo importēto preču ražošanas procesā radītā vides slodze veidojas ražotājvalstī. Ekoloģiskā pēda strauji iegūst popularitāti kā efektīvs vides un attīstības indikators. Eiropas Vides aģentūra 2005. un 2007. gada ziņojumā par vides stāvokli Eiropā kā vienu no rādītājiem izmantoja tieši ekoloģisko pēdu. Šādi grafiski attēlojot cilvēka darbības ietekmi uz vidi, var salīdzināt dažādas valstis, kā arī rādītāju dinamiku vienā valstī.

12. attēls. Pasaules karte pēc valstu ekoloģiskās pēdas. Cilvēki patērē resursus un ekosistēmu pakalpojumus no dažādām pasaules valstīm, un viņu ekoloģiskā pēda ir šo dažādo teritoriju kopsumma neatkarīgi no tā, kur viņi paši atrodas. Kartē atainota valstu teritorija pēc to ekoloģiskās pēdas proporcionāli visas pasaules ekoloģiskajai pēdai. Lielākā ekoloģiskā pēda ir ASV, Ķīnai un Indijai. Taču lielākā ekoloģiskā pēda uz vienu iedzīvotāju ir ASV, bet Ķīnā un Indijā tā ir trīs reizes zemāka par pasaules vidējo rādītāju.

Pašlaik ekoloģiskā pēda visā pasaulē tiek plaši izmantota, lai raksturotu vides ilgtspējību un veidotu sabiedrības vides apziņu. Ekoloģiskā pēda ir iekļauta vairāku valstu (Šveices, Apvienoto Arābu Emirātu, Japānas, Beļģijas, Ekvadoras un Francijas) nacionālajā statistikas uzskaitē, un šīs valstis veic regulārus ekoloģiskās pēdas aprēķinus. Lielbritānijā ekoloģisko pēdu plaši izmanto, novērtējot ietekmi uz vidi, un vietējo attīstības scenāriju IVN.

Lai novērtētu ekoloģiskās pēdas lielumu, kas ataino dabas resursu patēriņu, izteiktu globālajos hektāros, būtiska ir arī bioproduktivitāte, kas parāda planētas ekoloģisko ietilpību jeb bioloģiskās produktivitātes spējas. Līdz ar to veidojas sava veida bilance, kas, no vienas puses, atspoguļo pieprasījumu (ekoloģiskā pēda), bet, no otras puses, piedāvājumu – bioproduktivitāti, kas sastāv no dažādām bioproduktīvajām teritorijām:

• aramzeme,
• ganības,
• mežs,
• jūra,
• teritorija, kas paredzēta bioloģiskās daudzveidības saglabāšanai.

Nacionālā bioproduktivitāte ir visu teritoriju kopsumma (arī to, kuras ekonomisku, dabas aizsardzības vai citu iemeslu dēļ netiek izmantotas). Katra bioproduktīvā teritorija tiek konvertēta globālajos hektāros, šo teritoriju reizinot ar attiecīgās teritorijas ekvivalences faktoru un attiecīgo ražības faktoru. Šo aprēķinu var izteikt ar formulu:

Savukārt, ekoloģiskās pēdas aprēķins sākas ar zemes lietojumveida matricas izveidi, kurā bez bioproduktīvajām teritorijām tiek iekļauta arī infrastruktūra un teritorijas, kas nepieciešamas ogļskābās gāzes absorbēšanai. Patēriņa kategorijas, kas tiek iekļautas šajā matricā, ir pārtika, mājoklis, transports, patēriņa preces un pakalpojumi. Zemes lietojumveida matrica parāda zemes izmantošanas veidu, kas nepieciešams preču ražošanas un patēriņa nodrošināšanai ar noteiktu cilvēku skaitu un patēriņa modeļiem. Iedzīvotāju skaits un informācija par dažādām patēriņa kategorijām tiek izmantota, lai aprēķinātu vidējo gada patēriņu uz cilvēku. Patēriņš tiek aprēķināts, summējot datus par importu un nacionālo ražošanu un atņemot eksportu. Ir ieviests arī termins ”šķietamais patēriņš”, kas atšķiras no patiesā mājsaimniecību patēriņa, jo tajā ir iekļauti resursi, kas tiek izmantoti eksportā, bet izslēgti resursi, kas ieguldīti gatavā importētā produkcijā (piemēram, enerģija, kas patērēta Spānijas tomātu ražošanā un transportēšanā uz Latviju).

Zemes teritorija, kas nepieciešama gada laikā patērēto produktu ražošanai, tiek attiecināta uz kādu no bioproduktīvās teritorijas izmantošanas kategorijām (aramzemi, ganībām, mežiem, zvejai un apbūvei izmantojamām teritorijām), kas, savukārt, tiek reizināta ar ekvivalences faktoru, lai iegūtu ekoloģisko pēdu globālajos hektāros:

Ekoloģiskā pēda nav visaptverošs rādītājs, kas atspoguļotu visu vides slodzi. Tā tiešā veidā neatspoguļo ķīmisko piesārņojumu, augsnes eroziju, ūdens resursu patēriņu, barības vielu noteces un mežu jutību pret kaitēkļiem vai vētrām un citus faktorus, kas būtiski var ietekmēt bioproduktivitāti. Taču lielākā daļa iespējamo iedarbību ietekmē ražību un tādējādi atspoguļojas ekoloģiskajā pēdā un bioproduktivitātē. Ekoloģiskā pēda neatspoguļo arī neatjaunojamo resursu (naftas, ogļu, minerālresursu) izsīkšanu, jo aprēķinos kā ierobežojošais faktors tiek ņemta vērā resursu atjaunošanās spēja. Fosilo resursu un minerālresursu ietekme uz vidi ekoloģiskās pēdas aprēķinā parādās tikai saistībā ar šo resursu pilnā dzīves ciklā ieguldīto enerģiju. Tāpēc ekoloģiskās pēdas aprēķini bieži vien tiek papildināti ar resursu plūsmu analīzi, kas iekļauj arī informāciju par minerālresursu patēriņu un plūsmām.

Planētas iedzīvotājiem pieejamā produktīvās zemes platība ir tikai 2,1 hektārs uz iedzīvotāju. Taču ekoloģiskā pēda pasaulē vidēji uz vienu iedzīvotāju ir 2,7 hektāri gadā, un tas nozīmē, ka planētas ekoproduktivitāte tiek patērēta straujāk nekā spēj atjaunoties, un mēs dzīvojam, būdami parādā dabai.

Rūpnieciski attīstītās valstis, kur dzīvo salīdzinoši mazāk iedzīvotāju, ir atbildīgas par lielāko daļu šo slodžu, jo valstīs ar augstiem ienākumiem ekoloģiskā pēda ir vidēji 6,4 ha_g/iedz., taču jaunattīstības valstīs vidēji 2,2 ha_g/iedz., kas tikai nedaudz pārsniedz globāli pieejamo daļu (2,1 ha_g/iedz.). Taču nabadzīgākajās valstīs (aptuveni 2,4 miljardi iedzīvotāju) ekoloģiskā pēda ir vēl mazāka – tikai 1 ha/iedz. Šīs ekoloģiskās pēdas sadalījuma atšķirības ir vērojamas arī reģionāli.

13. attēls. Ekoloģiskās pēdas nospiedums pasaules reģionos

Lielākā ekoloģiskā pēda (9,5 ha_g/iedz.) ir Apvienoto Arābu Emirātiem un ASV (9,4 ha_g/iedz.), kur ir lielāks neatjaunojamo energoresursu patēriņš. Savukārt, vismazākā ekoloģiskā pēda ir Afganistānai (0,48 ha_g/iedz.) un Malāvijai (0,47 ha_g/iedz.). Abas šīs galējības nav ilgtspējīgas, jo pirmajā gadījumā tiek tērēts vairāk resursu, nekā ir pieejams, bet otrā galējība saistās ar nabadzību un nespēju apmierināt cilvēku pamatvajadzības pēc pārtikas, drošības un mājokļa.

Lai viens ASV iedzīvotājs varētu apmierināt visas savas vajadzības, ir nepieciešami 9,4 ha_g, bet, ja visi pasaules iedzīvotāji patērētu tikpat daudz dabas resursu, būtu nepieciešamas 5 planētas, lai nodrošinātu resursu apjomu. Savukārt, ES valstu iedzīvotāju vidējā ekoloģiskā pēda ir daudz mazāka – 4,7 ha_g/iedz. Taču arī šajā gadījumā tā divreiz pārsniedz globālo bioproduktivitāti (2,1 ha_g/iedz.) un arī pašas Eiropas Savienības bioproduktivitāti (2,3 ha_g/iedz.). Tas nozīmē, ka ES iedzīvotāju vajadzību nodrošināšanai ir nepieciešama divtik lielāka teritorija, nekā pieejams.

Pēc ekoloģiskās pēdas lieluma Latvija no 152 pasaules valstīm atrodas 42. vietā, starp Mongoliju un Meksiku. Tā kā Latvija ir neliela valsts ar 2,3 miljoniem iedzīvotāju, tās kopējā ekoloģiskā pēda ir tikai 8,5 miljoni hektāru jeb 3,5 ha_g uz vienu iedzīvotāju. Tas ir nedaudz vairāk par pasaules vidējo rādītāju un divreiz pārsniedz vienam pasaules iedzīvotājam pieejamo produktīvās teritorijas daļu – 1,82 ha_g. Taču Latvijas ekoloģiskā pēda ir mazāka nekā lielākajā daļā ES dalībvalstu (Zviedrijā – 5,1 ha_g/iedz., Vācijā – 4,23 ha_g/iedz.) un arī mazāka nekā kaimiņiem igauņiem (6,4 ha_g/iedz.), bet lielāka nekā lietuviešiem (3,2 ha_g/iedz.).

Atbilstoši Pasaules Dabas fonda pētījumam par ekoloģisko pēdu Latvijā, kurā atšķirībā no starptautiskajiem pētījumiem izmantoti Latvijas statistikas dati un stāvoklis analizēts daudz detalizētāk, ir secināts, ka Latvija ir izdevīgā situācijā, jo valsts ir mazapdzīvota, un līdz ar to uz vienu iedzīvotāju ir pieejami 5,77 ha_g bioproduktīvās teritorijas. Tas ir ļoti labs rādītājs, un Latvija atrodas starp pasaules desmit bioproduktīvākām valstīm. Tas nozīmē, ka Latvijai ir ekoloģiskais pārpalikums – 2,5 ha_g uz vienu iedzīvotāju. Latvijas lielākās bioproduktivitātes rezerves ir meži, kas veido 70% no visas bioproduktīvās teritorijas, un aramzemes – 23%. Zvejai izmantojamas teritorijas, ganības un apbūvētā teritorija kopumā ir tikai 7% no kopējās bioproduktivitātes. Tas skaidrojams ar to, ka meži Latvijā aizņem gandrīz 50% teritorijas.

Bioproduktivitāte Latvijā pēdējo 13 gadu laikā ir pieaugusi par 26% (no 10,5 miljoniem ha_g 1992. gadā līdz 13,3 miljoniem ha_g 2005. gadā), galvenokārt pateicoties aramzemju bioproduktivitātes pieaugumam (+ 68%). Palielinājusies ir arī mežu bioproduktivitāte – par 18%. Tas ir noticis gan pateicoties aramzemju un mežu platību pieaugumam, gan arī ražības pieaugumam.

14. attēls. Latvijas bioproduktivitātes izmaiņas (tūkstošos ha_g)

Ekoloģiskajai pēdai Latvijā no 1992. gada līdz 2004. gadam bija tendence samazināties, 2000.–2003. gadā sasniedzot zemāko atzīmi – 2,15 ha_g uz vienu iedzīvotāju. Bet pēc tam situācija mainījās, un, augot patēriņam, palielinājās arī ekoloģiskā pēda. Tagad ekoloģiskā pēda ir atgriezusies 90. gadu līmenī. Izmaiņas ekoloģiskajā pēdā uz vienu iedzīvotāju ietekmē ne tikai patēriņa, bet arī iedzīvotāju skaita izmaiņas. Kopš 90. gadu sākuma iedzīvotāju skaits Latvijā ir samazinājies par nepilniem 15% (aptuveni 1% gadā). Šīs izmaiņas veicina to, ka ekoloģiskā pēda uz vienu iedzīvotāju palielinās. Taču iedzīvotāju skaita izmaiņas nav noteicošais faktors, jo korelācija starp iedzīvotāju skaita izmaiņām un Latvijas ekoloģisko pēdu nav izteikta.

15. attēls. Ekoloģiskās pēdas sadalījums pa patēriņa kategorijām. Apskatot dažādu patēriņa kategoriju lomu ekoloģiskajā pēdā, var secināt, ka lielākās slodzes saistās tieši ar pārtikas preču patēriņu, kas veido 54% no kopējās ekoloģiskās pēdas.

Mājoklis ar 18% no kopējās ekoloģiskās pēdas ir otrs būtiskākais patēriņa sektors aiz pārtikas patēriņa. Tas saistās ar to, ka Latvijā biomasa (pamatā koksne) tiek ļoti plaši izmantota apkurē. Savukārt, vislielākā atkarība no neatjaunojamiem dabas resursiem ir transporta sektorā, kura daļa ir 10% no ekoloģiskās pēdas.

16. attēls. Dažādu zemes lietojumveidu un antropogēno ietekmju īpatsvars patēriņa kategorijās. Lielākā pārtikas preču patēriņa slodze ir aramzemēm, ganībām un zvejas teritorijām. Savukārt, citās patēriņa kategorijās, izņemot mājokli, galvenā slodze ir enerģētikai. Piemēram, pakalpojumu sektorā, kas ir 5% no kopējās ekoloģiskās pēdas, enerģētika veido 80% visu slodžu.

Indivīda ekoloģisko pēdu var aprēķināt, izmantojot Pasaules Dabas fonda izstrādāto elektronisko kalkulatoru. Aprēķinot ekoloģisko pēdu un izprotot savas ietekmes būtiskākos faktorus, iespējams izsekot saviem paradumiem un censties izmainīt tos, kuri visvairāk ietekmē vidi. Trīs būtiskākās jomas ekoloģiskās pēdas samazināšanai ir pārtika, transports un mājoklis. Tādēļ, izvēloties vietējo, bioloģiski audzētu un sezonālu pārtiku, nebraucot ar automašīnu, bet ejot kājām vai izmantojot sabiedrisko transportu un parūpējoties par mājas siltināšanu, kā arī lietojot tikai energoefektīvas elektroierīces, katrs var salīdzinoši vienkārši samazināt savu ekoloģisko pēdu. Tomēr visu atbildību nevar uzvelt tikai iedzīvotājiem. Jārīkojas arī valdībai:

• uzskaitot dabas kapitālu un regulējot tā izmantošanu. Labs piemērs ir nozvejas kvotas noteikšana, lai nodrošinātu zivju populāciju atjaunošanās spējas;

• cenās iekļaujot ar dabas degradāciju un vides piesārņojumu saistītās preču un pakalpojumu pilna aprites cikla izmaksas. To varētu īstenot gan veicot nodokļu reformu – ar paaugstinātiem nodokļiem apliekot dabas resursu izmantošanu, bet samazinot iedzīvotāju ienākuma nodokli, tādējādi novirzot patēriņu uz videi draudzīgākām preču grupām un saglabājot valsts budžeta līdzsvaru, gan izskaužot subsīdijas, kas veicina pastiprinātu dabas resursu izmantošanu un piesārņojumu;

• stimulējot vides tehnoloģiju attīstību, kas veicina efektīvāku dabas resursu izmantošanu – atvieglojot nodokļus uzņēmumiem, kas ievieš videi draudzīgas tehnoloģijas;

• izstrādājot valsts iepirkuma mehānismus, kas valsts institūcijām uzdotu izvēlēties videi draudzīgākas preces, tā rādot piemēru privātajam sektoram un veidojot jaunas tirgus attiecības;

• paaugstinot sabiedrības vides apziņu, uzlabojot vides izglītību un nodrošinot iedzīvotājus ar informāciju, kas veicinātu izpratni par vides procesiem.

Tā kā vides problēmas ir globālas, tās nevar risināt tikai vienā valstī. Tāpēc ir jāpilnveido starptautiskā vides likumdošana, kā arī jāveido tādi starptautiskās tirdzniecības līgumi, kas veicinātu ekoloģisko un sociālo izmaksu apmaksu pilnā apmērā. Visas šīs darbības nodrošinātu ilgtermiņa ekonomisko stabilitāti, dabas kapitāla saglabāšanu, augstāku nodarbinātību un labklājību.

2.9. Ilgtspējīgs patēriņš un ražošana

Resursu pieejamība un cilvēces attīstība

Cilvēki vienmēr ir spējuši atrisināt resursu ierobežotības problēmu, apgūstot jaunas teritorijas un palielinot resursu ieguvi. Taču ir arī civilizācijas, kuras sevi iznīcinājušas, noplicinot resursus, kas nepieciešami to pastāvēšanai. Tā, piemēram, maiju un anasazi indiāņu civilizāciju bojāeju pamato ar klimata izmaiņām un neilgtspējīgu resursu apsaimniekošanu. Neilgtspējīga resursu apsaimniekošana ir bijusi arī pamatā Lieldienu salas civilizācijas iznīcībai, tā pazīstama ar iespaidīgajām akmens skulptūrām.

18. attēls. Lieldienu salas skulptūras. Lieldienu salas kopējais stāvoklis ir galējais piemērs Okeānijas mežu iznīcināšanai un viens no spilgtākajiem pasaulē: visi meži ir izzuduši, un visas koku sugas izmirušas. Kādreiz salu klāja palmu meži, un pastāv viedoklis, ka mežu iznīcināšanā vainojami salinieki, kas koksni lielos daudzumos izmantojuši statuju uzstādīšanai. Paši salinieki koku trūkuma dēļ zaudēja iespēju būvēt laivas, un arī putni zaudēja ligzdošanas vietas. Līdz ar to sākās Lieldienu salas civilizācijas noriets.

Taču sabiedrība ir arī pierādījusi, ka spēj ilgtspējīgi apsaimniekot pieejamos resursus. Ilgtspējīgas vietējās kopienas, kas praktizē dārzkopību, ir Jaungvinejā un Dienvidamerikā. Piemēram, polinēzieši dzīvo uz nelielām salām ar ierobežotiem resursiem jau daudzus gadu tūkstošus. Šo kopienu izdzīvošana lielā mērā tiek nodrošināta, izmantojot vietējos noteikumus – aizliegumus un aizbildniecību, kas nodrošina ilgtspējīgu resursu apsaimniekošanu.

Visos minētajos gadījumos kopienas ir bijušas salīdzinoši nelielas un nav spējušas sabalansēt pieprasījumu ar pieejamo resursu apjomu un to atjaunošanās spējām. Arī pašlaik pasaulei ir līdzīga problēma – resursu noplicināšana, ekosistēmu degradācija un piesārņojums.

Pasaules iedzīvotāju skaits pēdējos 300 gados ir palielinājies 10 reizes un pašlaik pārsniedz 7 miljardus. Galvenais iemesls šim straujajam iedzīvotāju skaita pieaugumam ir rūpnieciskā un lauksaimnieciskā revolūcija attīstītajās valstīs, kas nodrošināja pārtikas pieejamību un dzīves kvalitātes uzlabošanos, kā arī progress veselības aprūpē, kas ļāva būtiski palielināt mūža garumu. Pēc Otrā pasaules kara sekoja straujš dzimstības pieaugums, kas vēl vairāk veicināja iedzīvotāju skaita pieaugumu. Paredzams, ka arī turpmāk iedzīvotāju skaits pasaulē tikai turpinās augt un 2050. gadā varētu sasniegt jau 9 miljardus. No visiem pasaules kontinentiem iedzīvotāju skaits samazinās tikai Eiropā. Arī Latvijā iedzīvotāju skaits ar katru gadu samazinās.

Straujais iedzīvotāju skaita pieaugums attīstības valstīs un neilgtspējīgie patēriņa modeļi attīstītajās valstīs ir būtiskākās ilgtspējīgas attīstības problēmas. Pēdējo simts gadu laikā tā dēļ ir strauji palielinājies dabas resursu patēriņš un arī slodze uz vidi. Ietekme uz vidi izpaužas ne tikai kā dabas resursu izsīkšana, bet arī kā ekosistēmu degradācija un izmaiņas globālos bioģeoķīmiskajos ciklos, īpaši ūdens, skābekļa, oglekļa, slāpekļa un fosfora apritē.

Dabas resursu noplicināšana visbiežāk saistās ar lauksaimniecību, zivsaimniecību, izrakteņu un enerģijas ieguvi. Tradicionāli ar resursu noplicināšanu tiek saprasta neilgtspējīga atjaunojamo resursu izmantošana – resursi tiek izmantoti intensīvāk, nekā tie spēj atjaunoties. Visspilgtākais piemērs tam ir zivsaimniecība – lielākā daļa komerciāli izmantojamo okeāna zivju tiek pārzvejotas, un to populācijas vairs nespēj atjaunoties un var izzust.

19. attēls. Kopējās (globālās) jūru un okeānu zivju nozvejas mainība (1970–2000)

Resursu apsaimniekošanas un patēriņa modeļu maiņas jautājumi pasaulē nav nekas jauns. Jau 18. gadsimtā ekonomisti aizsāka diskusijas par resursu efektīvu izmantošanu un pārlieku lielo patēriņu, kā arī par patēriņa apjomu neatbilstību starp bagātajiem un nabadzīgajiem. Pašlaik starptautiskajā līmenī tiek apspriesta nepieciešamība mainīt patēriņa un ražošanas modeļus, lai nodrošinātu ilgtspējīgu attīstību. Taču pats termins “ilgtspējīgi patēriņa modeļi” pirmo reizi tika izmantots „Rīcības programmā 21. gadsimtam”, kuras ceturtajā nodaļā “Mainīt patēriņa modeļus” rakstīts, ka “galvenais pastāvīgais globālās vides pasliktināšanās iemesls ir neilgtspējīgie patēriņa un ražošanas modeļi, īpaši industrializētajās valstīs”. Tāpēc „Rīcības programma 21. gadsimtam” aicina valstis

• izstrādāt un īstenot patēriņa un ražošanas modeļus, kas samazina vides slodzes un nodrošina cilvēces pamatvajadzības;

• veicināt labāku izpratni par patēriņa saistību ar vides kvalitāti.

Atbilstoši „Rīcības programmai 21. gadsimtam” ir uzsāktas daudzas starptautiskas un vietēja līmeņa iniciatīvas ilgtspējīgu patēriņa modeļu veicināšanai. 1995. gadā ANO Ilgtspējīgas attīstības komisija izveidoja darba programmu, lai ieteiktu izmaiņas ražošanas un patēriņa modeļos, jo neilgtspējīgie patēriņa un ražošanas modeļi tiek uzskatīti par vienu no galvenajiem šķēršļiem ilgtspējīgai attīstībai. Pēc ANO iniciatīvas un atbilstoši Johannesburgas „Rīcības programmai” tiek īstenots Marakešas process par ilgtspējīgu patēriņu un ražošanu. Tā mērķis ir palīdzēt pasaules tautām veidot „zaļāku” ekonomiku, bet iedzīvotājiem orientēties uz ilgtspējīgu dzīvesveidu.

Arī Eiropas Komisija ir izstrādājusi ilgtspējīga patēriņa un ražošanas un ilgtspējīgas rūpniecības politikas rīcības plānu.

Ilgtspējīga patēriņa koncepcija

Sākotnēji diskusija par patēriņa modeļiem pamatā saistījās ar patēriņa negatīvajiem aspektiem. „Rīcības programmā 21. gadsimtam” uzsvērta nepieciešamība ierobežot neilgtspējīgo patēriņa modeļu izmantošanu. Līdz ar to rodas pašsaprotams jautājums – kāda ir alternatīva? Kā definēt ilgtspējīgus patēriņa modeļus? Lai atbildētu uz šiem jautājumiem, 1994. gadā ANO Ilgtspējīgas attīstības komisija kopā ar Norvēģijas valdību rīkoja Ilgtspējīga patēriņa simpoziju, kurā pirmo reizi tika definēts, ka ilgtspējīgs patēriņš ir “.. preču un pakalpojumu lietošana, lai apmierinātu pamatvajadzības un celtu dzīves kvalitāti, tajā pašā laikā mazinot dabas resursu izmatošanu un piesārņojumu, preču un pakalpojumu aprites cikla laikā tā, lai neapdraudētu nākamo paaudžu vajadzības

Ilgtspējīgu patēriņa un ražošanas modeļu definēšanā var izšķirt divas pieejas. Pirmā pamatā koncentrējas uz patēriņa jomu un lielāko uzmanību pievērš vajadzībām, dzīves stilam un ekoloģiskajiem ierobežojumiem, vērtējot, kā patērēt efektīvāk, atbildīgāk vai patērēt mazāk. Otrā pieeja vairāk uzmanības velta ražošanai – tās ekoefektivitātei un ekodizainam. Līdz ar to ilgtspējīga ražošana galvenokārt attiecas uz piedāvājumu, koncentrējoties uz būtiskāko ekonomikas sektoru (piemēram, lauksaimniecību, enerģētiku, rūpniecību, tūrismu, transportu), lai mazinātu negatīvo ietekmi uz vidi. Savukārt, ilgtspējīgs patēriņš attiecas uz pieprasījumu, vērtējot to, kā preces un pakalpojumi, kas nepieciešami pamatvajadzību apmierināšanai un dzīves kvalitātes uzlabošanai (pārtika, veselība, apģērbs, brīvais laiks, pārvietošanās), var tikt nodrošināti, samazinot slodzi uz ekosistēmām. Lai īstenotu ilgtspējīgus patēriņa un ražošanas modeļus, ir nepieciešamas izmaiņas ne tikai patēriņa un ražošanas jomā, bet arī resursu pārdalē un investīcijās.

20. attēls. Ražošanas un patēriņa cikls. Ilgtspējīga patēriņa un ražošanas ciklu var ilustrēt ar shēmu, kas sastāv no 4 elementiem: patēriņš, investīcijas, ražošana un pārdale. Katrā posmā veidojas vides slodze, ko ir būtiski samazināt, lai nodrošinātu sistēmas darbību.

Patēriņa efektivitāte – dematerializācija

Lielākā daļa valdību, veidojot ilgtspējīga patēriņa politiku, arī ES ar savu Ilgtspējīga patēriņa rīcības plānu, nosliecas vairāk uz efektīva patēriņa pieeju nevis izmaiņām dzīvesveidā, jo dzīves stils parasti tiek uzskatīts par pārāk subjektīvu, uz vērtībām balstītu dzīves jomu, lai valsts to regulētu. Atbalstot patēriņa samazināšanu, tiek apšaubīti pasaules ekonomiskās sistēmas pamati, jo izaugsmes ekonomika lielā mērā ir atkarīga no pieaugoša patēriņa. Bez tam patēriņa samazināšana pārsvarā attiecas tikai uz attīstītajām valstīm, jo daudzās attīstības valstīs cilvēki vēl joprojām nespēj apmierināt savas pamatvajadzības. Līdz ar to attīstības valstu iedzīvotājiem patēriņš būtu paaugstināms.

Efektīvs patēriņš saistās ar dematerializāciju, kas nozīmē mazāku vides slodzi visos produkta aprites ciklos: efektīvāku izejmateriālu un enerģijas izmantošanu ražošanas procesā, mazāku enerģijas un materiālu izmatošanu lietošanas stadijā un samazinātu atkritumu un piesārņojuma apjomu utilizācijas posmā. Dematerializācijas galvenais mērķis ir samazināt resursu patēriņu un ietekmi uz vidi, un šo mērķi var attiecināt uz visu preču aprites ciklu, jo tas saistās gan ar jaunu produktu izstrādi, gan ražošanu un preču sadali.

Dematerializācijas koncepcijas īstenošanās kādā nozarē vai pat visā ekonomikā var izraisīt atsaistes efektu. Tas nozīmē, ka ekonomiskā izaugsme attiecīgajā nozarē ir straujāka par resursu patēriņa un radītā piesārņojuma izaugsmes tempu. Savukārt, dematerializācijas iespējas nosaka resursu un tehnoloģiju pieejamība, uzņēmumu vadības sistēmas, kā arī ekodizaina attīstības pakāpe un valsts uzņēmējdarbības nosacījumi kopumā.

Dematerializācijas pakāpi mēra ar ekoefektivitāti (resursu izmantošanas intensitāti), kas parāda nepieciešamo resursu daudzumu, lai radītu vienu iekšzemes kopprodukta vienību:

Latvijā koordinētā un sistemātiskā veidā ilgtspējīgas attīstības īstenošana valstiskā līmenī ir pašos pirmsākumos. Tā kā tas ir jauns process, tā īstenošanai būtu nepieciešama atsevišķa institūcija, tomēr pašlaik tādas nav. Lielais funkciju apjoms un to izpildei pieejamo resursu neatbilstība ir daļējs izskaidrojums lēnajam ilgtspējīgas attīstības procesam Latvijā.

Galvenokārt ilgtspējīgas attīstības koncepcijas iekļaušanu politiskajā diskusijā Latvijā ir motivējis ārējais faktors, respektīvi, šo jautājumu augstā prioritāte Eiropas Savienības un Apvienoto Nāciju Organizācijas līmenī. Ir pamats uzskatīt, ka iniciatīvas, kuru avots būtu Latvijas pārvaldes institūcijas un politiskie spēki vai Latvijas sabiedrība, ir nenozīmīgas. Valsts ilgtspējīgas attīstības virzieni galveno problēmu risināšanai, kā arī politikas mērķi atsevišķu nozaru politikās ir noteikti Latvijas ilgtspējīgas attīstības pamatnostādnēs (2002). Latvijas ilgtspējīgas attīstības pamatnostādnes ir tieši atvasinātas no Riodežaneiro deklarācijā iekļautajiem ilgtspējīgas attīstības 27 politiskajiem principiem. Prasmīgi izmantojot, tās būtu stingrs ietvars attīstības lēmumu pieņemšanā. Pamatnostādņu dokumentā mērķiem un darbībām šo mērķu sasniegšanai nav noteikti reāli termiņi vai konkrētas robežvērtības, un tas šo dokumentu padara par nesaistošu. Pozitīva iezīme pamatnostādņu dokumentā ir konkrētu rādītāju izvēle mērķu sasniegšanas analīzei.

Latvijas ilgtspējīgas attīstības mērķi izriet no Riodežaneiro deklarācijā minētajiem principiem, Latvijas ģeopolitiskās vietas pasaulē, dabas īpatnībām, sociālās un ekonomiskās attīstības pieredzes un pašreizējā stāvokļa. Tie ir:

Latvijai jāveido labklājības sabiedrība, kura augstu vērtē un attīsta demokrātiju, līdztiesību, godīgumu un kultūras mantojumu;

• jāveido stabila tautsaimniecība, kas nodrošina sabiedrības vajadzības, vienlaikus panākot, lai ekonomiskās izaugsmes tempi pārsniegtu vides piesārņojuma un resursu patēriņa tempus;

• jānodrošina droša un veselību neapdraudoša vide pašreizējai un nākamajām paaudzēm;

• jānodrošina pietiekami pasākumi bioloģiskās daudzveidības saglabāšanai un ekosistēmu aizsardzībai;

• sabiedrībā jāattīsta atbildīga attieksme pret dabas resursiem un nepārtraukti jāpaaugstina resursu izmantošanas efektivitāte;

• no starptautiskas palīdzības saņēmējas valsts pakāpeniski jākļūst par valsti, kas spēj pati nodrošināt savas vajadzības un nepieciešamības gadījumā sniegt palīdzību citām valstīm;

• jānodrošina vides jautājumu integrācija un jāattīsta plašs vides politikas līdzekļu izmantojums citu nozaru politikā;

• jānodrošina, lai tirgus ekonomikas mehānismi kalpotu ilgtspējīgai attīstībai;

• jānodrošina sabiedrības līdzdalība ilgtspējīgas attīstības procesos;

• nepārtraukti jānovērtē valsts progress noteikto ilgtspējīgas attīstības mērķu sasniegšanā.

Precīzāki mērķi ilgtspējīgas attīstības veicināšanai ir noteikti Latvijas Tūkstošgades attīstības mērķos, kuru izstrādāšana ir iekļaušanās ANO Tūkstošgades deklarācijas īstenošanā, lai uzlabotu dzīvi visiem pasaules iedzīvotājiem, bet īpaši tiem, kuriem klājas visgrūtāk. Seši mērķi ir saistīti ar nabadzības mazināšanu, izglītības pieejamību un veselības aprūpes uzlabošanu, septītais mērķis ir vides ilgtspējas nodrošināšana, bet astotais mērķis nosaka sadarbību starp trūcīgām un turīgām valstīm. Šiem mērķiem Latvija ir pakārtojusi 18 uzdevumus, kuri ne vienmēr ir izteikti skaitļos. Īpaši pozitīvi vērtējami centieni vides ilgtspējai pieiet no sistēmiskā viedokļa, izvirzot uzdevumu iekļaut ilgtspējīgas attīstības principu nozaru politikās un kā ilgtspējīgas attīstības rādītāju izmantot ekoefektivitāti dažādās nozarēs.

Apliecinājums līdzšinējās politikas daļējai neefektivitātei ilgtspējīgas attīstības jomā ir tas, ka, attīstoties valsts ekonomikai un palielinoties iedzīvotāju ienākumiem, Latvijā ir strauji pieaudzis privātais patēriņš, kā arī plaisa starp bagātajiem un nabadzīgajiem iedzīvotājiem, kas būtībā ir pretēja tendence ilgtspējīgas attīstības izvirzītajiem mērķiem.

Pēc neatkarības atgūšanas un iestāšanās Eiropas Savienībā Latvijai nav tālejoša stratēģiska mērķa, bet, ņemot vērā ilgtspējīgas attīstības koncepcijas nozīmīgo lomu mūsdienu pasaules un ES attīstībā, tas ir nepieciešams. Perspektīvs politisks un praktisks stratēģiskais mērķis ir vajadzīgs arī Latvijas vietēja mēroga attīstībā. Izšķirošais apstāklis Latvijas ilgtspējīgai attīstībai ir pārvaldes sistēmas spēja dažādu līmeņu un teritoriju plānus un stratēģijas pakārtot vienotam ilgtermiņa un ilgtspējīgam skatījumam. Ilgtspējīgas attīstības modeļa izmantošanu Latvijas apstākļos ietekmē vairāki specifiski faktori:

• relatīvi zemais vides piesārņojuma līmenis un zemā vides degradācijas pakāpe (salīdzinājumā ar situāciju Rietumeiropas valstīs, kā arī daudzās attīstības valstīs),
• ierobežotā resursu pieejamība un relatīvi vāji attīstītā rūpnieciskā ražošana,
• atkarība no ievestiem resursiem,
• nepieciešamība restrukturēt ekonomisko sistēmu,
• sociālās vides problēmu pieaugums.

Tomēr kopumā Latvijai ir labas iespējas izmantot Rietumvalstu pieredzi vides aizsardzības sistēmas izveidē un sabiedrības attīstības plānošanā, ņemot vērā jau zināmus risinājumus, kā samazināt ietekmi uz vidi.

No otras puses, pastāv vesela rinda šķēršļu ilgtspējīgas attīstības modeļa izmantošanai Latvijā:

• orientācija uz Rietumvalstīs pastāvošo patēriņa modeli, ja vienlaikus trūkst nepieciešamo resursu tā realizācijai;
• demokrātisku tradīciju trūkums sabiedrībā, nesakārtota likumdošana, ierobežoti finanšu resursi;
• zems vides un sabiedrības problēmu izpratnes līmenis, zināšanu trūkums par ilgtspējīgu attīstību.

Pēc attīstības rādītājiem Latvijā nenoliedzami būtu iespējas sekot ilgtspējīgas attīstības modelim, tomēr minētie un citi traucēkļi šī modeļa ieviešanai uzskatāmi par būtisku šķērsli. Nereti jēdziens “ilgtspējīgs” tiek izmantots kā metafora cerību un vīziju apzīmēšanai. Vienlaikus šī jēdziena saturs ietver nepieciešamību vadīt un plānot sabiedrības attīstību.

Diemžēl jāatzīst, ka pašreizējā Latvijas pārvaldes politiskā un administratīvā sistēma ir izrādījusies nespējīga risināt Latvijai būtiskus jautājumus gan īstermiņa, gan ilgtermiņa perspektīvā. Kaut arī saņemta ievērojama ārvalstu finansiālā palīdzība, kopš neatkarības atgūšanas nav izdevies nodrošināt stabilu tautsaimniecības augsmi un Latvijas iedzīvotāju primāro vajadzību nodrošināšanu. Pēdējo 20 gadu laikā izveidotais valsts pārvaldes aparāts ir izrādījies nespējīgs nodrošināt valsts attīstību un iedzīvotāju drošību, bet tā uzturēšanas izmaksas ievērojami pārsniedz valsts budžeta iespējas. Lai gan jaunās tūkstošgades pirmajā desmitgadē bija vērojams šķietams ekonomikas pieaugums, ieguldījumi valsts attīstības un izaugsmes nodrošināšanai nākotnē (ieguldījumi zinātnē un pētniecībā inovāciju attīstībai), kā arī uzkrājumi netika veikti. Ņemot vērā no PSRS laikiem mantoto mentalitāti, bet galvenokārt valstī notiekošo politisko procesu raksturu, lielākā daļa valsts iedzīvotāju ir inerti attiecībā pret politiskajiem procesiem un nepiedalās būtisku valsts pārvaldes jautājumu risināšanā. Lielai daļai iedzīvotāju nav pašu elementārāko politisko tiesību – tiesību piedalīties vēlēšanās. Valsts pastāvēšanas pamats, Satversme, kas izveidota pēc pagājušā gadsimta 20. gadu parauga, faktiski ir izrādījusies nespējīga nodrošināt valsts politiskās sistēmas izveidi, kas baudītu iedzīvotāju vairākuma uzticību. Augstākais valsts pārvaldes orgāns – Saeima, kā to rāda sabiedriskās domas aptaujas, ir sevi pilnībā diskreditējis, bet izpildvaru un politiskās partijas, kā ir pierādījies, ietekmē oligarhi, un tās nemitīgi iestieg korupcijas, krāpšanas un citos skandālos.

Ekonomiskā krīze, kas sākās 2008. gadā, pierādīja, ka īslaicīgais labklājības pieaugums bija sasniegts izmantojot ārvalstu kredītresursus un ES finansiālo atbalstu (tā mērķis ir sekmēt tautsaimniecības attīstību). Sākoties globālajai ekonomiskajai krīzei, tas noveda pie valsts ekonomikas faktiska sabrukuma un dramatiska nacionālā kopprodukta krituma. Tādēļ (kā arī neapdomīgu politisku lēmumu dēļ) izveidojās milzīgs valsts parāds, kura kopapjoms ir salīdzināms ar nacionālā kopprodukta apjomu, bet kura atdošanu vajadzēs nodrošināt nākamajām paaudzēm (atcerēsimies ilgtspējīgas attīstības definīciju). Līdz ar to ievērojama daļa nacionālā kopprodukta dažu nākamo paaudžu laikā būs izmantojama nevis tautas labklājības paaugstināšanai un investīcijām attīstībai, bet gan parāda maksājumu segšanai. Šī paaudze dzīvo uz nākamo paaudžu rēķina!

Būtiskās dzīves līmeņa atšķirības Latvijā un lielākajā daļā ES dalībvalstu, no vienas puses, un izdzīvošanas perspektīvu trūkums, no otras puses, nosaka aizvien lielāku emigrāciju –ekonomisko bēgļu plūsmas. Protams, no šīs situācijas ir izeja. Un tā ir ne tikai turpināšana grimt nabadzībā un depresijā, tuvinoties nabadzīgo pasaules valstu labklājības un sociālās, kā arī vides degradācijas līmenim. Izeja ir ilgtspējīgas attīstības nepieciešamības apzināšanās gan valstiskā, gan arī indivīdu, katra Latvijas iedzīvotāja līmenī.

20. gadsimtā Latvijai bija vairākas lielas ieceres – neatkarīgas valsts izveidošana un tās atjaunošana, iestāšanās Eiropas Savienībā un NATO. Šīs ieceres ir piepildījušās, un ir pienācis laiks lemt, kādā Latvijā dzīvot mūsu bērniem un nākamajām paaudzēm.

Latvijā ir izstrādāta Latvijas ilgtspējīgas attīstības stratēģiju. Stratēģijas pamatmērķi ir laimīgs cilvēks labklājības valstī, ilgtspējīgs un veselīgs dzīvesveids, radoša, iecietīga un toleranta sabiedrība, sadarbībā radīta konkurētspēja un valsts kā uzticams partneris.

Sākot veidot stratēģiju, tika veikts apjomīgs pētnieciskais darbs, analizējot pašreizējo situāciju Latvijas attīstībai būtiskajās jomās. Tam sekoja ekspertu prāta vētras un attīstības stratēģisko dilemmu formulēšana, to sabiedriskā apspriešana publiskajos forumos un tematiskajos semināros. Turpinājumā tika izstrādāti četri attīstības scenāriji, par kuriem tika diskutēts piecos reģionālajos forumos. Pēc apstiprināšanas Saeimā Latvijas ilgtspējīgas attīstības stratēģija kļūs par valsts galveno plānošanas instrumentu ar likuma spēku. Visi nākamie stratēģiskās plānošanas un attīstības dokumenti tiks veidoti saskaņā ar šīs stratēģijas noteiktajiem virzieniem un prioritātēm.

1. tabula

Latvijas ilgtspējīgas attīstības indikatori un nospraustie mērķi.

• lgtermiņa ieguldījumi cilvēkkapitālā,
• zināšanas un prasmes 21. gadsimtā,
• iespēju vienlīdzība un vidusšķiras veidošanās,
• masveida jaunrade un inovatīva ekonomika,
• inovatīva pārvaldība un līdzdalība,
• dzīves kvalitāte un pievilcīga dzīves vide,
• atjaunojama un droša enerģija,
• daba kā kapitāls nākotnei,
• telpiskā perspektīva.

• Natural Resources http://www.youtube.com/watch?v=a_6M3CNZRkU
• Planētas robežas http://politika.lv/audio/planetas_robezas/
• Limits to Growth (revised) http://www.youtube.com/watch?v=-UjvxBqVmgE
• Dennis Meadows - Economics and Limits to Growth (1/3) http://www.youtube.com/watch?v=4iHr9mzLEZU
• 2009 Commemorative Lecture : Dr. Dennis L. Meadows http://www.youtube.com/watch?v=pvh-oWWhDIA
• Sustainable Development -15 Global Challenges http://www.youtube.com/watch?v=dghuWWw7fnw
• Sustainable development and the tragedy of commons http://www.youtube.com/watch?v=ByXM47Ri1Kc
• Sustainable development http://www.youtube.com/watch?v=pEfuqfhoytM
• Mathis Wackernagel: The Ecological Footprint http://www.youtube.com/watch?v=94tYMWz_Ia4
• Ecological Footprint http://www.youtube.com/watch?v=LXXbAXG4zwA
• Ecological Footprint http://www.youtube.com/watch?v=I7-gX2Xo1fI
• Ekoloģiskās pēdas nospiedums http://www.pdf.lv/index.php?id=727&sadala=133
• Sustainable consumption & production: a greener world http://www.youtube.com/watch?v=dWEaVywlKrY
• Driving Sustainable Consumption http://www.youtube.com/watch?v=x0mD-K1tEZA
• Sustainable Consumption http://www.youtube.com/watch?v=mEshrB9PzpU
• WWF – World Wildlife Fund (2002) Living Planet Report 2002. WWF. [23.01.2005.] Pieejams: http://globalis.gvu.unu.edu/indicator.cfm?Country=LV&IndicatorID=99
• Baltic 21 (1998) An Agenda 21 for the Baltic Sea Region – Baltic 21. Baltic 21. Pieejams: www.baltic21.org/?a,166
• ICLEI – International Council for Local Environmental Initiatives (2004) Aalborg Commitments. ICLEI. Pieejams: www.aalborgplus10.dk/
• Sustainable Development Strategy. Pieejams: http://ec.europa.eu/comm/sustainable/
• Brizga J. (2008) Latvijas ekoloģiskās pēdas nospiedums pasaulē. Pieejams: www.pdf.lv/doc_upl/petijums_Ekopeda_PDF2008.pdf
• Global footprint network. Pieejams: www.footprintnetwork.org
• Pasaules Dabas fonda ekoloģiskās pēdas kalkulators. Pieejams: www.pdf.lv/epeda/epeda.html
• Ekonomisko instrumentu datubāze. Pieejams: www.economicinstruments.com/
• Eiropas Komisijas Zaļā iepirkuma mājaslapa. Pieejams: http://ec.europa.eu/environment/gpp
• Eiropas Komisijas ekomarķējumu mājaslapa. Pieejams: http://ec.europa.eu/environment/ecolabel
• Starptautiskās ilgtspējīgu patēriņa un ražošanas modeļu koalīcija. Pieejams: www.icspac.net
• EEA (2005) Household consumption and the environment. Pieejams: http://reports.eea.europa.eu/eea_report_2005_11/en
• Eurobarometer (2009) Flash EB No 256 – Sustainable consumption and production. Pieejams: http://ec.europa.eu/environment/eussd/pdf/FL256_analytical%20report_final.pdf

• Āboliņa K., Kļaviņš M. (2000) Kā vērtēt sabiedrības, valstu un pilsētu attīstību? Ilgtspējīgas attīstības rādītāji. LZA Vēstis. A., 54 (5/6).
• Meadows D., Randers J., Meadows D. (2008) Limits to Growth: The 30-year update. Earthscan: London.
• Latvijas ilgtspējīgas attīstības pamatnostādnes (2002) LR Ministru kabinetā apstiprinātas 2002. gada 13. augustā.
• Latvijas NVO ilgtspējīgās attīstības ziņojums (2002) Rīga: Zaļā brīvība.
• Latvijas Vides aģentūra (2003) Latvijas ilgtspējīgas attīstības indikatoru pārskats 2003. Jūrmala: Latvijas Vides aģentūra.
• Meadows D. H., Meadows D. L., Randers J. (1992) Beyond the Limits: Confronting Global Collapse, Envisioning a Sustainable Future. Earthscan, UK.
• Römpczyk E. (2007) Gribam ilgtspējīgu attīstību. Rīga: Friedrich-Ebert-Stiftung.
• Dicken P. (2008) Global shift. Los Angeles: Sage.
• Baker S. (2006) Sustainable development. London: Routledge.
• Blewitt J. (2008) Understanding sustainable development. London: Earthscan.
• Dresner S. (2008) The principles of sustainability. London: Earthscan.
• United Nations (2002) Report of the World Summit on Sustainable Development. Johannesburg, South Africa, 26 August – 4 September 2002. New York.
• Wackernagel M., Rees W. (1996) Our Ecological Footprint: Reducing Human Impact on the Earth. Gabriola Island, BC: New Society Publishers.
• Chambers N., Simmons C., Wackernagel M. (2000) Sharing Nature's Interest: Ecological Footprints as an Indicator of Sustainability. London: Earthscan.
• OECD (2002) Towards Sustainable Household Consumption, Paris.
• Vakerneidžels M., Rīss V. (2000) Mūsu ekoloģiskais pēdas nospiedums. Vides aizsardzības un reģionālās attīstības ministrija. Rīga: Norden AB.
• WCED – World Comission on Environment and Development (1987) Our Common Future (The Bruntland Report). Oxford, World Commission on Environment and Development, Oxford University Press.
• UNDP Latvia (2004) Kā dzīvosim Latvijā 2015. gadā? Ziņojums par ANO Tūkstošgades attīstības mērķiem Latvijā. UNDP Latvia, Rīga.

Autore: Madara Pelnēna

Bieži vien izglītība ilgtspējīgai attīstībai tiek izprasta kā vides izglītība, tomēr tas ir maldīgs priekšstats, jo izglītība ilgtspējīgai attīstībai ir krietni plašāks jēdziens un ietver daudz lielāku jautājumu loku. Drīzāk var uzskatīt, ka vides izglītība ir viens no izglītības ilgtspējīgai attīstībai veidošanās posmiem (skatīt 1.attēlu!). Vides izglītība ir atsevišķa izglītības disciplīna, kas stingri fokusējās tikai uz cilvēka ietekmi uz apkārtējo vidi, toties izglītība ilgtspējīgai attīstībai ietver daudz plašāku skatījumu - sociāl-kulturālos, sociāl-politiskos, ekonomiskos faktorus kā vienlīdzību, nabadzību, demokrātiju un labas dzīves kvalitāti (Tabula Nr.1).

Tabula Nr.1

Vides izglītības un Izglītības ilgtspējīgai attīstībai salīdzinājums (pēc Gon´cz et.al., 2005)

1. Caunlfield, H., P. (1991) “The Conservation and Environmental Movements: An Historical Analysis” in Lester, P.J. (ed.) (1991) “Environmental Politics and the Policy. Theories and Evidence”, USA: Duke University Press, 14. – 56.p
2. Corcon, P. B., Wals, A.E.J. (eds.) (2004) Higher Education and the Challenge of Sustainability. Problematics, Promise, and Practice, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 358.lpp
3. Environmental Protection Agency : http://www.epa.gov/region1/assistance/univ/emsguide.html [26.03.2008.]
4. Frasu.C., Estrada, S., R.(1998) „Communicating for Development”, Human Change for Survival, New York: B.Tauris, 39 – 60 p
5. Gombrihs E.H. (1997) „Mākslas vēsture”, Rīga.: Zvaigzne ABC, 573.-577. lpp.
6. Hurrell, A., Kingsbury, B. (1992) “The International Politics of Environment: Actors, Interests and Institutions” in Palmer, J., A. (1998) „Environmental Education in the 21st Century: Theory, Practise, Progress and Promise”, New York: Routledge, 284.p
7. IUCN (1971) in Palmer, J., A. (1998) „Environmetantal Education in the 21st Century: Theory, Practise, Progress and Promise”, New York: Routledge, 284.p
8. McCrea, E.J. (2006) “The roots of Environmental Education: How the past supports future”, National Environmental Education Training Partnership: http://www.naaee.org/about-naaee/history-final-3-15-06.pdf, [16.01.2007.]
9. McKeown, R. (2002) „Education for Sustainable Development Toolkit”, USA: Center for Geography and Environmental Education University of Tennessee: http://www.esdtoolkit.org
10. Palmer, J., A. (1998) „Environmental Education in the 21st Century: Theory, Practise, Progress and Promise”, New York: Routledge, 284.p
11. Rest, A. (2002) „ From „Environmental Education” to „Education for Sustainable Development’’ – The shift of paradigm”, Environemtal Policy and Law, 32/2 79- 85.p
12. Sterling (1996) „Education in Change” in Huckle, J., Sterling, S.(eds.) (1996) „Education for Sustainability”, London: Earsthscan Publications Limited, 19 p.
13. The National Curriculum of England (2004) in Palmer, J., A. (1998) „Environmetantal Education in the 21st Century: Theory, Practise, Progress and Promise”, New York: Routledge, 284.p
14. UNESCO (1972) UN Conference on Human Environment, Stockholm from 5 to 16 June, 1972
15. UNESCO (2003) “United Nations Decade of Education for Sustainable Development (January 2005 – December 2014): Framework for a Draft International Implementation Scheme’, Paris, France, UNESCO Center for Environmental Education (2007) http://www.ceeonline.org/greenGuide/curriculum/curriculumLibrary.aspx
16. UNESCO (2006) Education for sustainable development. Quality education for all: basic competences for lifelong learning. The European Dimension and the Baltic Vision: http://www.unesco.org/education/efa/region_forums/ eur_north_amer/svietimasvisiems_pdf [24.12.2007.]
17. United Nations University (2005): http://www.unu.edu/globalization/2005/
18. Vare, P. and Scott, W. (2007) “Learning for a Change: exploring the relationship between education and sustainable development”, Journal of Education for Sustainable Development 1:2,p. 191–198
19. Wheeler (1985) „Environmental Education: An Historical Perspective” in Palmer, J., A. (1998) „Environmental Education in the 21st Century: Theory, Practise, Progress and Promise”, New York: Routledge, 5.p