Экология (задания)

Тест для проверки знаний студента по предмету "Экология"

1. Дайте определение понятию «Экология» ?

2. Что такое «экологическое образование»?

3. Перечислите основные задачи экологии:

4. Кто из учёных впервые ввёл термин «экология»?

5. Кто ввел понятие "Экосистема"?

6. По классификации Вернадского В.И. почва является

7. Термин «биогеоценоз» предложил

8. Экологические факторы неживой природы называются

1. Когда был образован комитет UNEP (ЮНЕП)?

10. Что такое «окружающая среда» (ОС)?

11 Дайте определение понятию «Экосистема».

12. Аутэкология - раздел экологии,  изучающий влияние факторов окружающей среды на:

1. Демэкология - раздел экологии, изучающий:

14 Синэкология изучает: 

 15. Строение,  функционирование и  развитие экосистем изучает:

16. Совместной областью биоэкологии и геоэкологии является

17. Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется …

18. Сущность Закона минимума Ю. Либиха состоит в том, что:

19. Сущность закона толерантности В. Шелфорда состоит в том, что:

 20. Согласно «Закону толерантности» В. Шелфорда организмы:

 21. Толерантность – это способность живых организмов:

22. Согласно закону толерантности:

 23. Стенобионтными  называются  организмы, которые:

 24. К  эврибионтным относятся организмы, имеющие:

25. Организмы, имеющие широкий диапазон толерантности  ко многим экологическим факторам, называются:

 26. Совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе это –

27. Взаимоотношение «хищник-жертва» регулирует:

28. Согласно Закону 10%, пирамиды энергий (закон Линдемана)

29 Закон лимитирующего фактора или закон толерантности сформулировал

30. Сколько важнейшими функций живого вещества

31. В результате глобального потепления климата на Земле происходит:

32. В результате выпадения кислотных дождей происходит:

33. Разрушение озонового слоя может привести к:

34. Выпадение кислотных дождей связано с:

35. "Парниковый эффект", связанный с накоплением в атмосфере парниковых газов,:

36. Одними из основных разрушающих  агентов  озонового экрана  планеты       являются:

37. Первые живые организмы могли появиться только в водной среде, потому что в атмосфере не было: 

38. Наиболее важным фактором, обусловливающим распространение жизни в верхних слоях атмосферы, является:

39.Ожидаемое глобальное потепление климата, по мнению многих учёных,  в основном связано  с повышенным  уровнем содержания в атмосфере

40. Физическая граница жизни в атмосфере  пролегает на высоте:

41. Основным парниковым газом является:

42. Возможное повышение глобальной температуры планеты в результате изменения теплового баланса, обусловленного постепенным накоплением некоторых газов в атмосфере, называется:

43. Слоем, защищающим поверхность Земли от жестких ультрафиолетовых лучей, является

 44. Загрязняющие вещества, поступающие в биосферу и способные вызывать в живых организмах злокачественные новообразования (рак), называются:

45. Концентрация вещества (в мг/м³), загрязняющего атмосферный воздух, которая не должна оказывать на человека вредного воздействия (общетоксичного, канцерогенного, мутагенного) при дыхании в течение 24 часов, называется:

46. По степени воздействия на организм человека загрязняющие вещества подразделяются на следующие классы:

47. Для каждого загрязняющего вещества в атмосферном воздухе по санитарно- гигиеническим требованиям должно соблюдаться условие:

48. Концентрация вещества, (в мг/м³) загрязняющего атмосферный воздух, которая в течение 20 мин не должна вызывать рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз, аллергических реакций и др.), называется –

 49. Причина выпадения кислотных дождей связана с антропогенным загрязнением атмосферы выбросами:

50. Металлы с удельным весом выше 4,5 г/см³, которые при антропогенном рассеивании загрязняют окружающую среду, оказывая токсичное воздействие на живые организмы называются

 51. Содержание основных компонентов в составе воздуха:

52. Газ, действующий в атмосфере как стекло в парнике, который беспрепятственно пропускает к Земле солнечную радиацию, но задерживает тепловое излучение Земли, называется:

53. Выпадение кислотных дождей связано с

54. Естественное загрязнение биосферы происходит в результате

55. Что такое дым?

56. Основные загрязнители атмосферы

57.Озон озонового слоя разрушается под воздействием

58. К какому нежелательному эффекту в биосфере привел выпуск холодильников:

59. Повышением температуры атмосферы из-за увеличения в ней содержания углекислого газа и некоторых других газов получило название

60. Понятие “ядерная зима” - это

61. Слой атмосферы, которая находится близко к земле

62. Загрязнение воздуха в виде аэрозольной дымки, тумана, образующегося в результате интенсивного поступления в атмосферу пыли, дыма, выхлопных и промышленных газов, а также других загрязняющих веществ, называется:

63. Нетоксичный газ, выделяемый в воздух всеми живыми существами, который образуется при сгорании всех видов топлива, при пожаре называется:

64. Газ, который выделяется при сжигании топлива, при переработке сырья металлургической и химической промышленности, вызывающий кислотные осадки, участвующий в смогообразовании, называется:

65.Озоновый слой в верхних слоях атмосферы:

66. При выбросе вредных веществ равным ПДВ, уровень загрязнения атмосферы будет …

67. К каким природным ресурсам относятся воды Мирового океана:

68. Перечислите основные абиотические факторы природной среды.

69. Какие экологические факторы относится к биотическим?

70. Форма взаимоотношений, при которой один вид испытывает от другого угнетение роста и размножения, а другому это безразлично

71. Длительное, неразделимое и взаимовыгодное отношение двух или более видов организмов называеться

72. Процесс приспособления организма к определенным условиям окружающей среды называется

73. Рыба-прилипала при помощи присосок прикрепляется к телу  акулы и передвигается вместе с ней на большие расстояния, питаясь остатками её добычи. Акуле эти взаимоотношения безразличны.  Как называются эти взаимоотношения:                                                                      

74.  Для каких  пар организмов характерны  паразитические взаимоотношения:

75. Для каких  пар организмов характерны   взаимоотношения типа  "хищник - жертва":

76. Перечислите основные типы биогеохимических круговоротов:

77. Одной из причин ограничения применения пестицидов в странах с высокоразвитым сельским хозяйством является:

1. В каких единицах измеряется концентрация вредных веществ в воздушной среде?

79. Сточные воды не образуют…

80. Совокупность всех водных систем называется

81. Увеличение скорости ветра …

82. Поступление в гидросферу избыточного количества таких химических элементов, как фосфор и азот, вызывает

1. К антропогенным источникам загрязнения водных объектов не относятся

1. Озонирование – это

85. К эвтрофикации водоемов приводит повышенное содержание в воде

86. Процесс, при котором происходит накопление токсичных веществ по пищевым цепям гидробионтов, называется

87. Одним из факторов, вызывающих понижение показателя кислотности воды водоемов, является

88. Какая группа показателей характеризует качество питьевой воды

89.Физическая граница жизни в литосфере  пролегает на глубине:

90. К биокосному веществу биосферы относятся:

91. Почва – это  биокосное вещество биосферы, потому что состоит из:

92. Какие  природные ресурсы относятся к неисчерпаемым:                                         

93. К неисчерпаемым  природным ресурсам относятся:

94. Какие  природные ресурсы относятся к исчерпаемым:                                          

95. К исчерпаемым природным ресурсам относятся:

96. Какое из приведенных ниже утверждений верно:

97. Важную роль в процессе почвообразования играет такой абиотический фактор как:

98. В процессе почвообразования участвуют такие биотические факторы как:

 99. Агроценозы   можно рассматривать как  пример фактора:

100. К каким природным ресурсам относится солнечная радиация:

101. Одной из причин процесса опустынивания является:

102. К причинам опустынивания не относится

103. Рекультивация – это

104. К каким ресурсам относится почва?

105. Одной из причин ограничения применения пестицидов в странах с высокоразвитым сельским хозяйством является:

106. Метод, основанный на поглощении газов жидкими поглотителями, это:

107. Комплекс мероприятий, направленных на восстановление нарушенных территорий и приведение земельных участков в безопасное состояние, называется:

108. Литосфера – твердая оболочка Земли, включает:

109. Перенос и перераспределение химических элементов в Земной коре и на поверхности Земли называется:

110. Основной причиной гибели древних цивилизаций, экономическое процветание которых было связано с сельским хозяйством, стали:

111. Особенно сильно подвергаются водной эрозии почвы, расположенные на:

112.  Антропогенное пригибание и проседание земной коры связано в первую очередь:

113. Агроценозы отличаются от естественных биоценозов тем, что:

114. Агроценозы от естественных (природных) экосистем по видовому составу живых организмов и количественным показателям:

115. Одной из важных причин неустойчивости агроэкосистем является:

116. К агроценозам (агроэкосистемам) относятся:

117.Плодородие почвы определяется:

118. Самыми плодородными являются почвы:

 119. К основным естественным источникам тяжелых металлов в экосистемах относятся:

120. Особенно богата видами растений почвы:

 121. Фосфор и сера поступают в почву:

122. Под химическим загрязнением почвы понимают:

123. Источниками загрязнения почвы тяжелыми металлами являются:

124. Благодаря энергетической функции живого вещества биосферы человек в своей хозяйственной деятельности может использовать в качестве источника энергии:

125. Причиной радиационного загрязнения окружающей среды является:

126. Причиной нефтяного загрязнения окружающей среды является:

127. В результате химического загрязнения окружающей среды наблюдается:

 128. Охрана природы - это:

129 .Урбаэкология изучает:

130. Урбанизация - это:

 131. Важнейшей составной частью экосистемы современного города являются:

132. Самым эффективным действием человека для улучшения экологических условий окружающей среды могло бы быть:

133. К глобальным экологическим проблемам относятся:

134. Изучением биосферы в целом занимается такой раздел экологии как:

135. Одной из глобальных экологических проблем является:

136.Такие экологические проблемы как …… относятся к глобальным:

 137.К глобальным экологическим проблемам относятся:

138.К глобальным экологическим проблемам относятся:

139.Какой вид  источника энергии является наиболее экологически чистым:

140.Какой вид  источника энергии является наиболее экологически безопасным:

141.Какой вид  источников энергии является экологически опасным:

142.К особо охраняемым природным территориям относятся:

143.Государственный заповедник - это:

144. Демографический взрыв – это:

145. Демографический взрыв не приводит к:

146.Причиной непрерывного увеличения численности населения мира является:

147. Согласно данным последней переписи населения мира в настоящее время  население  планеты составляет:

148.Поддержание стабильных условий  существования жизни на Земле возможно: 

149.Подразделение природных ресурсов на исчерпаемые и неисчерпаемые, это классификация:

150. Невозобновимым ресурсам относятся:

151. Атмосферное электричество, магнитная буря относятся к  …  ресурсам

152.  К антропогенным источникам загрязнения окружающей среды не относятся:

153.Какой вид деятельности человека оказывает наибольшее воздействие на живые организмы?

 154.Раздел экологии, рассматривающий воздействие промышленности на окружающую среду, и наоборот, влияние условий внешней среды на функционирование предприятий это:

155. В каких единицах измеряется ПДК в атмосфере?

156. Какой период осреднения установлен для среднесуточной ПДК?

157. Одной из задач экологии является:

158.Главной международной организацией, осуществляющей природоохранные мероприятия, является:

159. Экологический мониторинг – это:

160.Природоохранные мероприятия на международном уровне проводятся под эгидой:

161. Киотский протокол предусматривает:

162. Красная книга содержит сведения о:

163. Рост и развитие городов, преобразование сельской местности в городскую, миграция сельского населения в города, увеличение роли городов в жизни общества называется:

164. К опасным токсикантам не относятся

165. Систему длительных наблюдений за состоянием окружающей среды и процессами, происходящими в экосистемах и биосфере, называют

166. Наиболее опасным и интенсивным источником загрязнения атмосферного воздуха является.

167.Одним из методов нормирования качества атмосферного воздуха является разработка нормативов

168. К топливно-энергетическим ресурсам относятся

169. Экологический мониторинг – это система осуществляющая … состояние окружающей среды

170. К традиционным видам топлива энергетики не относится…

171. Закончите фразу: “Максимальное количество загрязнителя, попадание которого в окружающую среду практически не изменяет ее экологических качеств, называется…”

172. Закончите фразу: “Документ, оценивающий воздействие данного объекта (агрегата, предприятия и т.д.) на природную среду, называется…”

173. К объектам международного сотрудничества не относятся…

174. К охраняемым природным территориям не относятся

175. К природным ресурсам не относятся

 176.К исчерпаемым природным ресурсам не относятся

 177. К невозобновимым природным ресурсам относятся

 178. К возобновимым природным ресурсам с участием человека относятся

179.К относительно возобновляемым природным ресурсам относятся

180.Назначением разработки проекта нормативов ПДС не является

Лекция 1. Краткая история и предмет экологии

План

1 Предмет и задачи дисциплины «Экология»

2. Содержание экологии

3. Структура современной экологии

Экология (греч. oikos - дом, logos – понятие, учение), т.е. дословно - наука о доме, о среде обитания. Более точный и современный смысл термина: экология - наука, изучающая отношения организмов и их системных совокупностей с окружающей средой.

Окружающая среда - это силы и явления природы, ее вещество и пространство, окружающие рассматриваемый объект или субъект.

"Природа" (в широком смысле слова) - это весь материально-энергетический и информационный мир Вселенной. К "Природе" принадлежит и человеческое общество с его производством.

В экологии понятие "природа" имеет более узкий смысл, т.е. это часть "Природы", на которую прямо или косвенно воздействует человечество и с которой оно связано хозяйственной деятельностью. К природе относятся не только все живые организмы, обитающие на Земле, но и все неживые компоненты среды, включая атмосферу, гидросферу и литосферу Земли.

По отношению к человеку, "Охрана окружающей среды" - это комплекс международных, государственных, административно-хозяйственных и общественных мероприятий, направленных на обеспечение социально-экономического, культурно-исторического, физического и биологического комфорта, необходимого для сохранения здоровья человека.

Цель курса - сформировать экологическое мышление, т.е. убежденность в приоритете экологических подходов к решению современных проблем жизни и деятельности человека.

Задачи экологии:

1. исследование закономерностей развития природы;

2. прогнозирование изменения природы под влиянием деятельности человека;

3. охрана окружающей среды.

Экология стала самостоятельной наукой 20-25 лет назад («экологический бум»), до этого она была рядовым разделом биологии. Экологические знания стали накапливаться в первобытное время, однако наукой экология стала в середине XIX в.

В 1866 г. немецкий естествоиспытатель Эрнст Геккель впервые употребил термин «экология» (наука о взаимоотношениях природы и общества). В 1868 г. этот термин появился в России. В 1904 г. в российской энциклопедии экология была определена, как наука о строительстве домов животными. Современная экология сформировалась в 1920-40-е годы (США, Великобритания). Ч. Элтон в 1927 г. основал популяционную экологию. В 1935 г. А. Тенсли ввел понятие «экосистема», в 1942 г. Сукачев - понятие биогеоценоз. 1968-1970 гг. – всеобщая озабоченность проблемами окружающей среды. В 1972 г. в Стокгольме состоялось первое совещание по проблемам антропогенного изменения среды. Был создан UNEP со штаб-квартирой в Найроби.

Экология приобрела практический интерес еще на заре развития человечества. В примитивном обществе каждый индивидуум для того, чтобы выжить, должен был иметь определенные знания об окружающей его среде или. о силах природы, растениях и животных. Можно утверждать, что цивилизация возникла тогда, когда человек научился использовать огонь и другие средства и орудия, позволяющие ему изменять среду своего обитания. Как и другие области знания, экология развивалась непрерывно, но неравномерно . на протяжении истории человечества. По дошедшим до нас наскальным рисункам о способах культивирования растений; лова животных, обрядам люди еще на заре становления человечества имели отдельные представления о повадках животных, .образе их жизни, о сроках сбора растений, употребляемых для их нужд, о способах выращивания и ухода за ними. Некоторые сведения подобного рода находят в сохранившихся памятниках древнеегипетской, индийской, тибетской культур. Элементы экологии имеют место в трудах ученых античного мира Гераклита (53О-470 гг. до н.э.), Гиппократа (460-756 гг до н.э.), Аристотеля (384-222 до н.э.) и др.

Накопление фактического материала и первый опыт его систематизации являлся, пожалуй, первым этапом становления науки.

По мере развития зоологии, ботаники происходило накопление фактов экологического содержания, свидетельствующего, что к концу XVIII в. у естествоиспытателей начали складываться элементы особого, прогрессивного подхода к изучению явлений природы, об изменениях организмов в зависимости от окружающих условий и многообразия форм. Вместе с тем таковых экологических идей еще не было, лишь только начинала складываться экологическая точка зрения на изучаемые явления природы.

Второй этап развития науки связан с крупномасштабными ботанико-географическими исследованиями в природе. Ученые начала XIX в. анализировали закономерности организмов и среды, взаимоотношения между организмами, явления приспособляемости и приспособленности. Однако разрешение этих проблем, дальнейшее развитие науки произошло на базе эволюционного учения Ч. Дарвина (1809-1882). Он по праву является одним из пионеров экологии. В книге «Происхождение видов» (1859 г.) им показано, что «борьба за существование» в природе приводит к естественному отбору или является движущим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды («борьба за существование») - большая самостоятельная область исследований.

Победа эволюционного учения в биологии открыла третий этап в истории экологии, для которого характерно дальнейшее увеличение числа и глубины работ по экологическим проблемам. В этот период завершилось отделение экологии от других наук. Экология, родившись в недрах биогеографии, в конце XIX в., благодаря учению Ч. Дарвина, превратились в науку об адаптациях организмов. Однако сам термин «экология» для новой области знаний впервые был предложен немецким зоологом Э. Геккелем в 1866 году. Он дат следующее определение этой науки: «Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды.

Э. Геккель относил экологию к биологическим наукам и наукам о природе, интересующимся всеми сторонами жизни биологических организмов Термин «экология» в дальнейшем получил всеобщее признание. Во второй половине XIX столетия содержанием экологии являлось главным образом изучение образа жизни животных и растений, их адаптивности к климатическим условиям: температуре, световому режиму, влажности и т.д.

В 1913 - 1920 гг. были организованы экологические научные общества, основаны журналы. Экологию начали преподавать в ряде университетов.

С середины столетия все большее значение приобретают исследования в области биосферологии, начатые В.И. Вернадским (1863-1945) еще в 20-х годах. Одновременно общеэкологические подходы распространяются на экологию человека и факторы антропогенных воздействий. Ярко выступает зависимость экологического состояния различных стран и регионов планеты от развития экономики и структуры производства. Быстро растет дочерняя область экологии - наука об окружающей человека среде с ее прикладными отраслями. Экология оказывается в центре острых общечеловеческих проблем. Это подтвердили в 60-х - начале 70-х годов исследования В. А. Ковды по техногенному воздействию на земельные ресурсы, разработки Н. Н Моисеева по модели «ядерной зимы», труды М. И. Будыко по техногенным воздействиям на климат и по глобальной экологии. Большую роль сыграли доклады Римского клуба - коллектива авторитетных специалистов по системной динамике и глобальному моделированию (Дж Форрестер, Д. Медоуз, М. Месарович, Э. Пестель), а также представительная Конференция ООН по окружающей среде и развитию в Стокгольме в 1972 г. Ученые указывали на угрожающие последствия неограниченного антропогенного воздействия на биосферу планеты и на тесную связь экологических, экономических и социальных проблем.

Внимание политических деятелей разных игран привлечено к экологическим проблемам благодаря работам Международного Института Жизни и выступлениям ряда крупных ученых, в частности, выдающегося океанолога Ж. И. Кусто, экономиста-эколога Мориса Стронга, премьер-министра Норвегии Г-.Х. Брундтчанд, возглавившей Комиссию ООН по окружающей среде и развитию (МКОСР). Исключительное значение имел доклад этой Комиссии «Наше общее будущее» (1987 г.).

В 1992 г. Конференция ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро выдвинула экологические проблемы человечества на первое место в «повестке дня» XXI века.

В резком подъеме экологического сознания и разработке перспективных программ большую роль сыграли исследования и выступления видных российских ученых - Н. Н. Воронцова, В Г. Горшкова, С. П. Залыгина, К. Я. Кондратьева, М. Я. Лемешева, К С. Лосева, Н. Н. Моисеева, П. Г. Оядака, Н. Ф. Реймерса, А. В. Яблокова.

2. Содержание экологии

Содержание экологии лучше всего можно определить, исходя из концепции уровней организации, которые составляют своеобразный «биологический спектр».

Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения. В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества - от крупных молекул до растений и животных различных организаций.

1. Молекулярный - самый низкий уровень, на котором биологическая система проявляется в виде функционирования биологически активных крупных молекул - белков, нуклеиновых кислот, углеводов. Этому уровню свойственна устойчивость структур в поколениях.

2. Клеточный - уровень, на котором биологически активные молекулы сочетаются в единую систему. В отношении клеточной организации все организмы подразделяются на одноклеточные и многоклеточные.

3. Тканевый - уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Он охватывает совокупность клеток, объединенных общностью происхождения и функций.

4. Органный - уровень, на котором несколько типов тканей функционально взаимодействуют и образуют определенный орган.

5. Организменный - уровень, на котором взаимодействие ряда органов сводится в единую систему индивидуального организма. Представлен определенными видами организмов.

6. Попу.ляционно-видовой, где существует совокупность определенных однородных организмов, связанных единством происхождения, образом жизни и местом обитания. На этом уровне происходят элементарные эволюционные изменения в целом.

7. Биоценоз и биогеоценоз (экосистема) - более высокий уровень организации живой материи, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определенном участке земной поверхности с однородными абиотическими факторами.

8. Биосферный - уровень, на котором сформировалась природная система наиболее высокого ранга, охватывающая все проявления жизни в пределах нашей планеты.

На этом уровне происходят все круговороты вещества в глобальном масштабе, связанные с жизнедеятельностью организмов.

Сообщество, популяция, организм, орган, клетка и ген - основные уровни организации жизни. Расположены в иерархическом порядке - от крупных систем к малым. На каждом уровне или ступени в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы. Под системой понимаются упорядочение взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое. Экология изучает, главным образом, системы выше уровня организма: популяционные, экологические.

Самая крупная и наиболее близкая к идеалу по «самообеспечению» является биологическая система - биосфера. Она включает все живые организмы земли, находящиеся во взаимодействии с физической средой земли как единое целое, чтобы поддерживать эту систему в состоянии устойчивого равновесия, получая поток энергии от Солнца, ее источника и переизлучая эту энергию в космическое пространство.

Иерархический подход дает удобную основу для подразделения и изучения экологических ситуаций. На этом основании можно дать определение экологии как науки, ее содержания, предмета и задач.

Экология - это наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания.

Содержанием экологии как биологической науки является исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем), биосферы, их продуктивности и энергетики. Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы) и их динамика во времени и пространстве.

Структура биоценозов, на уровне формирования которых происходит ''освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному использованию жизненных ресурсов. С этой точки зрения главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

В последние десятилетия, когда угроза глобального экологического кризиса коснулась общества, произошло быстрое расширение экологии. Вобрав в себя проблемы окружающей среды, она не только использует достижения других разделов биологии, но и вторгается в смежные с биологией дисциплины - в науки о Земле, в физику и химию, в различные инженерные отрасли, предъявляет новые требования к информатике и вычислительной технике, находит приложения за пределами естественных наук - в экономике, политике, социологии, этике. Экология становится гипернаукой. Этот процесс проникновения идей и проблем экологии в другие области знания получил название экологизации.

Экологизация отвечает потребности общества в объединении науки и практики для предотвращения экологической катастрофы и отражает важную тенденцию современной науки: переход многих ее отраслей к отказу от дальнейшей дифференциации («мир един», « природа не знает факультетов») и поискам синтеза, в том числе между естественными и гуманитарными науками. Экология превратилась из частного раздела биологии, знакомого узкому кругу специалистов, в обширный и еще окончательно не сформировавшийся комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин, который Н. Ф. Реймерс (1992) назван мегаэкологией или макроэкологией, т.е. «большой экологией».

Не все согласны с таким расширением предмета экологии. Некоторые из биологов настаивают на сохранении традиционного круга объектов и методов экологии растений и животных, а всю проблематику, связанную с экологией человека и охраной природы, обозначают как науку об окружающей среде. Такое разделение преобладает в западной литературе, где понятия ekology (экология) и environmental science (наука об окружающей среде) не совпадают по содержанию. В нашей, отечественной, трактовке оба эти понятия чаще сливаются под термином «экология».

3. Структура современной экологии

Основные разделы современной экологии:

• общая экология;

• биоэкология;

• геоэкология;

• экология человека;

- социальная экология;

- прикладная экология.

Каждый раздел имеет свои подразделения и связи с другими частями экологии и смежными науками.

Общая экология посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. Ее ядром является теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем. Многие природные экологические процессы происходят очень медленно и обусловлены множеством факторов. Для изучения Их механизмов недостаточно одних натурных наблюдений, нужен эксперимент. Экспериментальная экология обеспечивает методическим инструментарием различные разделы науки. Но возможности эксперимента в экологии ограничены. Поэтому широко применяется моделирование, в частности, математическое моделирование. Вместе с обработкой информации и количественным анализом фактического материала оно входит в раздел теоретической экологии, который называют математической экологией.

Биоэкология - праматерь всей экологии. Главная ее часть - системная экология, экология естественных биологических систем: особей, видов (аутоэкология); популяций (популяционная экология, или демэкология); многовидовых сообществ, биоценозов (синэкология); экологических систем (биогеоценология, учение об экосистемах).

Другая часть биоэкологии - экология систематических групп организмов - царств бактерий, грибов, растений, животных, а также более мелких систематических единиц: типов, классов, отрядов и т.п.

Еще одно подразделение составляет эволюционная экология - учение о роли экологических факторов в эволюции.

Именно в биоэкологии на основе изучения роли потоков веществ, энергии и информации в жизнедеятельности организмов формируется представление об экологии как об экономике природы.

Геоэкология - изучает взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их географической принадлежности. В нее входят: экология сред - воздушной, наземной (суши), почвенной, пресноводной, морской, преобразованной человеком;- экология природно-климатических зон - тундры, тайги, степи, пустыни, гор, других зон и их более мелких подразделений - ландшафтов (экология речных долин, морских берегов, болот, островов, коралловых рифов и т.п.). К геоэкологии относится также экологическое описание различных географических областей, регионов, стран, континентов.

Совместной областью биоэкологии и геоэкологии является учение о биосфере - биосферология.

Экология человека - комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной средой. Экология человека отличается от экологии животных многообразием средств приспособления к среде, наличием цивилизации, культуры.

Важной особенностью экологии человека является социобиологический подход - правильное уравновешивание биологических и социальных аспектов. Социальная экология как часть экологии человека - это объединение научных отраслей, изучающих связь общественных структур (начиная с семьи и других малых общественных групп) с природой и социальной средой их окружения. К этому объединению относятся: экология человеческих популяций, экология народонаселения - экологическая демография, экология этносов и этногенеза - образования рас и наций. К социальной экологии относится и экология культуры (цивилизации) как главной отличительной черты человеческого сообщества. Вершиной этой ветви знания является эволюционная (историческая) экология человечества, также входящая в глобальную экологию.

Прикладная экология - большой комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Она формирует экологические критерии экономики, исследует механизмы антропогенных воздействий на природу и окружающую человека среду, следит за ее качеством, обосновывает нормативы неистощительного использования природных ресурсов, осуществляет экологическую регламентацию хозяйственной деятельности, контролирует экологическое соответствие различных планов и проектов, разрабатывает технические средства охраны окружающей среды и восстановления нарушенных человеком природных систем. Понятий экологического здесь чаше всего означает соответствие требованиям к нормальной среде существования человека и природных систем.

Выделяются следующие прикладные разделы экология:

Инженерная экология - изучение и разработка инженерных норм и средств, отвечающих экологическим требованиям. Основные из них:

- контроль и регламентация материально-энергетических потоков производства и техногенных эмиссий (т.е. выброса побочных продуктов) от различных инженерных объектов;

- экологическая безопасность производственной и внепроизводственной среды, производственных процессов, сооружений, машин и изделий,

• контроль состояния производственной среды и окружающей человека среды в зонах воздействия хозяйственных объектов;

• оптимизация отраслевой структуры промышленных комплексов и размещения мощностей строительства и эксплуатации гражданских и хозяйственных объектов.

Сельскохозяйственная экология в своей значительной части сливается с биологическими основами земледелия (агроэкология) и животноводства (экология сельскохозяйственных животных). Экосистемный подход обогащает агробиологию принципами и средствами рациональной эксплуатации земельных ресурсов, повышения продуктивности и получения экологически чистой продукции.

Биоресурсная и промысловая экология изучает условия, при которых эксплуатация биологических ресурсов природных экосистем (лесов, континентальных водоемов, морей, океана) не приводит к их истощению и нарушению, утрате видов, уменьшению биологического разнообразия. В задачи этой дисциплины входит также разработка методов восстановления и обогащения биоресурсов, научное обоснование интродукции и акклиматизации растений и животных, создания заповедников.

Экология поселений, коммунальная экология - разделы прикладной экологии, посвященные особенностям и влияниям различных факторов искусственно преобразованной среды обитания людей в жилищах, населённых пунктах, в городах (урбоэкология).

Медицинская экология - область изучения экологических условий возникновения, распространения и развития болезней человека, в том числе острых и хронических заболеваний, обусловленных природными факторами и неблагоприятными техногенными воздействиями среды Медицинская экология включает в качестве раздела рекреационную экологию, т.е. экологию отдыха и оздоровления людей, смыкающуюся с курортологией.

Из этого перечня видно, что экологизации подверглись многие науки и сферы практической деятельности. В их пограничных зонах возникают новые дисциплины, а экология занимает все более лидирующее положение в современной науке и способствует синтезу фундаментальных знаний о природе и обществе.

Лекция № 10 Антропогенные воздействия на литосферу

План

1. Антропогенное воздействие на почву

2. Антропогенные воздействия на горные породы их массивы и недра

3. Воздействия на недра

1.Антропогенное воздействие на почву

Основные воздействия на почву зачастую ведут к ухудшению или деградации почв. Различают следующие виды антропогенного воздействия на почвы:

– Эрозия (ветровая и водная);

– Загрязнение;

– Вторичное засоление и заболачивание;

– Опустынивание;

– Отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.

Почвенная эрозия

Под эрозией почвы понимают многообразные процессы разрушения и сноса почвенного покрова потоками воды и ветром. В связи с этим различают водную и ветровую (эоловая, дефляция) эрозию. Земли, подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными

Типы эрозии почв и ее последствия

Почвенная эрозия может быть вызвана естественными и искусственными (техногенными) факторами.

Естественными факторами дефляции являются: жесткие гидротермические условия (малое количество осадков, высокие и низкие температуры), активный ветровой режим, значительное количество почв легкого механического состава со слабой структурой и плохая защищенность почвенного покрова растительностью.

К антропогенным факторам дефляции относится: сокращение лесов, неправильные приемы агротехники (например, распашка крутых склонов).

Различают местную (повседневную) ветровую эрозию и пыльные бури. Первая проявляется в виде поземок и столбов пыли при небольших скоростях ветра.

Пыльные бури возникают при сильных и продолжительных ветрах (скорость ветра до 20-30 м/с). Наиболее часто наблюдаются в сухих степях, пустынях. Пыльные бури способны развеять за несколько часов до 500 т почвы с 1 га пашни. При этом попутно загрязняется атмосферный воздух, водоемы.

Основная причина развития водной эрозии - антропогенная деятельность. Факторами, способствующими развитию этого процесса, являются: неровный рельеф местности, ливневый режим выпадения осадков, неравномерное распределение снежного покрова и высокая интенсивность его таяния и др. явления.

Среди различных проявлений водной эрозии самым неблагоприятным является - образование оврагов. Экологический ущерб от оврагов огромен: овраги уничтожают ценные с/х земли, способствуют интенсивному смыву почвенного покрова, заиливают малые реки и водохранилища.

Более всего от водной и ветровой эрозии страдают:

 сельское хозяйство (размыв, смыв и выдувание почв, как следствие – снижение плодородия, гибель урожая);

 гидротехнические сооружения (ухудшение водного режима рек, водохранилищ, грунтовых вод, разрушение сооружений);

 транспортные средства (занесение мелкоземом и разрушение транспортных систем – автомобильных и железных дорог; пыльные бури приостанавливают работу наземного и воздушного транспорта).

Водной эрозии подвержено 34 % суши на планете, а ветровой – 31 %. В засушливых районах мира эродировано более 60 % от общей площади земель.

К эрозионным процессам относят также промышленную эрозию (разрушение почв при разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (разрушение почв при интенсивном выпасе скота) и ирригационную эрозию (нарушение почв при прокладке каналов, нарушении норм поливов).

При всех видах эрозии почв происходит разрушение мест обитания растений и животных. Нарушается биологическое равновесие в природных комплексах. В течение жизни только одного поколения на полях могут появиться непроходимые овраги, вследствие чего резко снижается уровень грунтовых вод и сокращаются пахотные угодья.

Наряду с эрозией почв негативным явлением снижения их плодородия стало

Уплотнение поверхностного слоя в результате обработки тяжелыми машинами и избыточного поступления в почву веществ, обладающих связующими свойствами. Результатом таких воздействий является забивание пор земли, образование плотных конгломератов, что приводит к снижению влагоемкости и нарушению кислородного режима.

Загрязнение почв

Основными загрязнителями почвы являются:

– Ядохимикаты (пестициды). Ежегодно в мире используется 1 млн. тонн различных химикатов (в России на 1 жителя в год приходится 1 кг).  

В настоящее время влияние пестицидов на человека приравнено к влиянию радиоактивных веществ, т. к. даже их ничтожные концентрации подавляют иммунную систему, обладают выраженными мутагенными и канцерогенными свойствами. Наиболее опасны хлорорганические соединения, сохраняющиеся в почве в течение многих лет. Пестициды, приникающие в растения из загрязненных почв, накапливаются в биомассе и в последствии могут поражать пищевую цепь.

– Минеральные удобрения (используемые в неумеренных количествах). Последствием неправильного использования удобрений является закисление почв и эвтрофикация. Большое количество нитратов в почве снижает содержание в ней кислорода, что в свою очередь  способствует повышенному выделению в атмосферу двух «парниковых» газов – закиси азота и метана. Кроме того, нитраты с растительной пищей могут попадать в организм человека.

– Отходы и отбросы производств. В России ежегодно образуется свыше 1 млд. тонн отходов, из которых более 50 млн. тонн особо токсичные. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами.

– Газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.  

Так в близи ртутного комбината из-за газодымовых выбросов содержание ртути в почве может превышать допустимую концентрацию в сотни раз. Значительное количество свинца содержат почвы, находящиеся в непосредственной близости от автомобильных дорог. Большое количество земель загрязнено медью, свинцом, радионуклидами и радиоактивными изотопами и др.

– Нефть и нефтепродукты. Загрязнение этими веществами происходит при авариях на магистралях нефтепроводов, при несовершенных технологиях нефтедобычи, технологических выбросах и т.д.

Загрязненные почвы утрачивают способность к самоочищению от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов. Так в загрязненной почве возбудители тифа сохраняются до полутора лет, тогда как в незагрязненных лишь в течение 2-3 суток. Через пищевые цепи (человек-почва-человек, животные-почва-человек, почва-человек) возбудители различных заболеваний (дизентерия, брюшной тиф, сибирская язва, туляремия, столбняк, ботулизм) могут проникать в организм человека.

3.Вторичное засоление и заболачивание

Процессы засоления и заболачивания происходят в результате неумеренного полива орошаемых земель в засушливых районах.

Засоление ослабляет вклад почв в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растений, появляются новые – солестойкие, усиливаются миграционные процессы.

В мире процессам вторичного засоления подвержены около 30 % орошаемых земель. Площадь засоленных почв в России – 36 млн. га (18 % от общей площади орошаемых земель).

Заболачивание сопровождается: деградационными процессами в биогеоценозах, накоплением на поверхности неразложившихся останков, ухудшением агрономических свойств почв, снижением продуктивности лесов. Наиболее активно заболачивание наблюдается на Западно-Сибирской низменности, в Нечерноземной зоне России, в зонах вечной мерзлоты.

Опустынивание

Опустынивание - процесс необратимого изменения почвы и растительности, приводящий к снижению биологической продуктивности и в экстремальных случаях к полному разрушению биосферного потенциала и превращающий территорию в пустыню.

На территории подверженной опустыниванию ухудшаются физические свойства почв, гибнет растительность, засоляются грунтовые воды, падает биологическая продуктивность.

В докладе ЮНЕП (организация ООН по окружающей среде) подчеркивается, что опустынивание – это результат длительного исторического процесса, в ходе которого неблагоприятные явления природы и деятельность человека, усиливая друг друга, приводят к изменению характеристик природной среды. Таким образом, можно выделить две группы факторов, приводящие к опустыниванию – природные и антропогенные

Опустынивание (основные факторы и причины развития)

Отчуждение земель под строительство

По данным ООН в мире при строительстве ежегодно необратимо нарушается почвенный покров и теряется более 300 тыс. га пахотных земель. Но эти потери с развитием человеческой цивилизации  неизбежны.

1. Антропогенные воздействия на горные породы их массивы и недра

Горные породы – природные агрегаты минералов более или менее постоянного минералогического и химического состава, которые образуют самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору.

В процессе инженерно-хозяйственной деятельности человека горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры, в той или иной степени претерпевают: сжатие, растяжение, сдвижение, водонасыщение, вибрации и др. воздействия.

К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относятся: статические и динамические нагрузки, тепловое и электрическое воздействия.

Статические нагрузки возникают при строительстве зданий и сооружений. При этом образуется зона активного изменения горных пород, достигающая глубины 70-100 м.

К динамическим нагрузкам относятся вибрации, удары, толчки и др. явления, которые типичны при работе транспорта, строительных машин, заводских механизмов и др. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые породы (пески, торф и др.). Прочность этих пород заметно снижается, они уплотняются. Кроме того, возможно внезапное разжижение и образование оползней, отвалов и др. неблагоприятных процессов.

Взрывы (производимые при строительстве дорог, добыче ископаемых и др.), также относящиеся к динамическим нагрузкам и сходны по своему действию с сейсмическими воздействиями. Очень часто в результате взрывов возникают оползни, обвалы, осыпи и др.

Тепловое воздействие обычно возникает при подземной газификации углей и в основании доменных и мартеновских печей. При этом температура пород может повышаться до 40-50- 100°С. В результате породы стекают, каменеют и утрачивают первоначальные свойства.

Электрическое воздействие создает электрифицированный транспорт, ЛЭП и др. Это воздействие порождает блуждающие токи и поля, изменяющие электропроводность, электросопротивляемость и другие электрические свойства пород.

Массивы горных пород

Воздействия на массивы горных пород приводят к таким ущербообразующим процессам как оползни, карст, подтопление и т.п.

Оползни – скольжение горных пород вниз по склону под действием собственного веса и нагрузки (сейсмической, вибрационной и др.). Оползни нарушают массивы горных пород, негативно влияют на поверхностный сток, нарушают почвенный покров, могут привести к человеческим жертвам.

Карст – явления и процессы, возникающие в горных породах, растворяемых природными водами. Карст характеризуется комплексом поверхностных (карстовые воронки, желоба, котловины и др.) и подземных (пещеры, полости, ходы) форм рельефа. Карстовые пещеры могут быть и уникальными памятниками природы, где располагаются сталактиты и сталагмиты.

Карст широко распространен в мире и в России (Сев. Кавказ, Башкирия, Московская область).

Подтопление – повышение уровня грунтовых вод. Наблюдается подтопление при строительстве водохранилищ, авариях на подземных коммуникациях. Подтопление приводит к переувлажнению и заболачиванию массивов горных пород. При подтоплении активизируются оползни, карст, возрастает сейсмическая активность.

1. Воздействия на недра

Недра – это верхняя часть земной коры, в пределах которой возможна добыча полезных ископаемых. Недра это: источник минерально-сырьевых и энергетических природных ресурс; место захоронения вредных веществ, отходов производств; хранилище нефти и газа; среда возведения подземных сооружений; особо охраняемые природные территории (карстовые пещеры).

Экологическое состояние недр определяется, прежде всего, силой и характером воздействия на них человеческой деятельности. В современный период масштабы антропогенного воздействия на земные недра огромны. За один год в мире извлекается и перерабатывается более 150 млрд. т горных пород, откачиваются миллионы кубометров подземных вод, накапливаются горы отходов.

Основные экологические последствия разработки недр для литосферы

– изменение рельефа местности за счет карьерных выемок, терриконов (отвалы пустых пород вынутых из шахт) и др.

– активизация карста, оползней;

– изменение физических полей;

– загрязнение и нарушение почв;

для гидросферы

– ухудшение качества поверхностных и подземных вод;

– истощение водоносных горизонтов;

– осушение болот, почв и др.;

для атмосферы

– загрязнение атмосферного воздуха выбросами из горных выработок (газы, пыль);

для растительного и животного мира

– нарушение и вырождение растительного покрова;

– нарушение местообитаний и гибель животных.

Лекция № 11 Антропогенные воздействия на биотические сообщества. Защита биотических сообществ

План

1. Антропогенные воздействия на леса и другие растительные сообщества.

2. Экологические последствия воздействия человека на растительный мир. Воздействие человека на животных и причины их вымирания.

3. Защита растительного мира.

4. Охрана животного мира

5. Красная книга

6. Особо охраняемые природные тер

1. Антропогенные воздействия на леса и другие растительные сообщества.

Нормальное состояние и функционирование биосферы и стабильность окружающей природной сре­ды невозможны без обеспечения благоприятной среды оби­тания для всех биотических сообществ во всем их многооб­разии. Утрата же биоразнообразия ставит под угрозу не толь­ко благополучие человека, но и само его существование.

Скорость уменьшения биоразнообразия во всем мире за последние 30—40 лет резко увели­чилась. Проис­ходит самое значительное за последние 65 млн. лет исчезно­вение видов растений и животных со скоростью, в пять ты­сяч раз превышающей естественный ход эволюции на Зем­ле. Для характеристики нынешнего состояния растительного покрова и в первую очередь лесных экосистем все чаще исполь­зуется термин - деградация. Леса раньше других компонен­тов природной среды испытали отрицательное влияние деятель­ности человека. Деградация лесов служит одним из проявле­ний глобальных изменений, происходящих на Земле, которые начались с появлением земледелия и скотоводства.

Воздействие человека на леса и вообще на весь раститель­ный мир может быть прямым и косвенным.

К прямому воз­действию откосятся:

1) сплошная вырубка лесов;

2) лесные по­жары и выжигание растительности;

3) уничтожение лесов и растительности при создании хозяйственной инфраструктуры (затопление при создании водохранилищ, уничтожение вбли­зи карьеров, промышленных комплексов);

4) усиливающийся пресс туризма.

Косвенное воздействие ~ это изменение условий обитания в результате антропогенного загрязнения воздуха, воды, при­менения пестицидов и минеральных удобрений.

В наши дни лес вырубают примерно в огромніх масштабах. В то же время масштабы лесовосстановления с помощью посадок и по­севов леса постоянно сокращаются. Для естественного восста­новления леса после сплошной рубки требуются многие десят­ки - сотни лет.

В еще более опасном положении находятся вечнозеленые влажные (дождевые) тропические леса. Это бесценное хранилище генетическою много­образия исчезает с лица Земля примерно со скоростью 17 млн. га в год. Ученые полагают, что при таких темпах влажные тро­пические леса, особенно в низменных равнинах, полностью ис­чезнут через несколько десятков лет. Их выжигают ради расчистки земли под пастбища, интенсивно вырубают как источник древесного топлива, выкорчевывают при неправильном веде­нии системы земледелия, затапливают при строительстве гид­роэлектростанций, и т. д.

Пагубное влияние на лесные экосистемы оказывают лес­ные пожары. Возникают они в подавляющем большинстве случаев по вине людей, как следствие неосторожного обращения с огнем. В зонах тропических лесов пожары образуются в результате сознательного выжигания лесных массивов под пастбища и других сельскохозяйственных целей.

В последние годы значи­тельным фактором деградации лесов становится радиоактив­ное загрязнение.

Помимо лесов возросшее негативное воздействие челове­ческой деятельности проявляется и в отношении остального рас­тительного ценоза (сосудистые растения, грибы, водоросли, ли­шайники, мохообразные и др.). Наиболее часто отрицательное воздействие человека на растительные сообщества проявляет­ся при выкашивании, сборе лекарственных растений и ягод и других видах непосредственного использо­вания. Множество различных видов растений гибнут при воз­действии загрязняющими веществами, а также в процессе ме­лиоративной, строительной и сельскохозяйственной деятель­ности.

2. Экологические последствия воздействия человека на растительный мир.

Потребительское, а нередко и хищническое отношение человека к растительным сообществам проявилось еще на началь­ном этапе развития земледелия и скотоводства. В последующем, особенно с началом бурного развития экономики, такой подход не только не был отвергнут, но, по-видимому, еще боль­ше закрепился в сознании людей.

Масштабное антропогенное воздействие на биотические сообщества приводит к тяжелым экологическим последствиям как на экосистемно-биосферном, так и на популяционно-видовом уровнях.

На обезлесенных территориях возникают глубокие овраги, разрушительные оползни и сели, уничтожается фотосинтезирующая фитомасса, выполняющая важные экологические функции, ухудшается газовый состав атмосферы, меняется гидрологический режим водных объектов, исчезают многие растительные и животные виды и т. д.

Сведение крупных лесных массивов, особенно влажных тропических, неблагоприятно отражается не только на региональном, но и на биосферном уровне. Уничтожение древесно-кустарниковой растительности и травянистого покро­ва на пастбищах в засушливых регионах ведет к их опустыниванию.

Еще одно негативное экологическое последствие сведения лесов — изменение альбедо земной поверхности. Альбедо (лат albedo — белизна) — это величина, характеризующая способ­ность поверхности отражать падающие на нее лучи. Интеграль­ное альбедо крон деревьев составляет 10—15%, травы 20—25, свежевыпавшего снега — до 90%. Альбедо земной поверхности — один из важных факторов, определяющих климат как в целом в мире, так и отдельных его регионов. Установлено, что серьезные изменения климата на планете могут быть вызваны изменением альбедо поверхности Земли всего лишь на несколь­ко процентов. В настоящее время с помощью космических сним­ков обнаружено крупномасштабное изменение альбедо (так же как и теплового баланса) всей поверхности Земли. Ученые по­лагают, что это вызвано, прежде всего, уничтожением лесной растительности и развитием антропогенного опустынивания на значительной части нашей планеты.

Огромный вред состоянию естественных лесных экосистем наносят упомянутые выше лесные пожары, надолго, если не навсегда, замедляя процесс восстановления леса на сгоревших площадях. Лесные пожары ухудшают состав леса, уменьшают прирост деревьев, нарушают связи корней с почвой, усилива­ют буреломы, уничтожают кормовую базу диких животных, гнездовья птиц. В сильном пламени почва сжигается до такой степени, что в ней полностью нарушается влагообмен и способность к удержанию питательных веществ, Выжженная дотла территория нередко быстро заселяется различными насекомы­ми, что не всегда безопасно для людей из-за возможных вспы­шек инфекционных заболеваний.

Кроме описанных выше прямых воздействий человека в биотические сообщества важное значение имеют и косвенные, например загрязнение их промышленными выбросами. Различные токсиканты, и в первую очередь диоксид се­ры, оксиды азота и углерода, озон, тяжелые металлы, весьма негативно влияют на хвойные и широколиственные деревья, а также на кустарники, полевые культуры и травы, мхи и лишайники, фруктовые и овощные культуры и цветы. В газообразном виде или в виде кислотных осадков они отрицательно действуют на важные ассимиляционные функции растений, органы дыхания животных, резко нарушают метаболизм и приводят к различным заболеваниям.

Крайне отрицательно на жизнедеятельности растений ска­зываются автомобильные выхлопные газы. Например, под их воздействием у дуба, липы, вяза уменьшается размер хлоропластов, сокращается число и размер листьев, сокращается продолжительность их жизни, уменьшается размер и плотность устьиц, общее содержание хлорофилла уменьшается в полтора-два раза.

На популяционно-видовом уровне негативное воздействие человека на биотические сообщества проявляется в утрате биологического разнообразия, в сокращении численности и исчезновении отдельных видов. По свидетельству ботаников, обеднение флоры наблюдается во всех растительных зонах и на всех. Кроме Антарктиды, материках. Причем наиболее уязвимой оказывается флора островов.

Разрушение естественных природных сообществ уже вызвало исчезновение ряда растений. В недалеком будущем мно­жество видов растений, которые сегодня сокращаются в численности, также окажутся под угрозой исчезновения. В общей сложности во всем мире нуждаются в охране 25—30 тыс. видов растений, или 10% мировой флоры. Доля вымерших видов во всех странах составляет более 0,5 % общего числа видов флоры мира, а в таких регионах, как Гавайские острова, более 11%.

Воздействие человека на животных и причины их вымирания.

Несмотря на огромную ценность животного мира, человек, овладев огнем и оружием, еще в ранние периоды своей исто­рии начал истреблять животных, а сейчас, вооружившись современной техникой, развил «стремительное наступление» и на всю есте­ственную биоту. Конечно, на Земле и в прошлом, в любые вре­мена, по самым разным причинам происходила постоянная сме­на ее обитателей. Однако сейчас темпы исчезновения видов рез­ко возросли, а в орбиту исчезающих вовлекаются все новые и новые виды, которые до этого были вполне жизнеспособны. В последнее столетие темпы спонтанного возникновения видов в десятки (если не в сотни) раз ниже, чем темпы вымирания видов.

Главные причины утраты биологического разнообразия, сокращения численности и вымирания животных следующие:

– нарушение среды обитания;

– чрезмерное добывание, промысел в запрещенных зонах;

– интродукция (акклиматизация) чуждых видов;

– прямое уничтожение с целью защиты продукции; случайное (непреднамеренное) уничтожение; загрязнение среды.

Нарушение среды обитания вследствие вырубки лесов, распашки степей и залежных земель, осушения болот, зарегулирования стока, создания водохранилищ и других антропогенных воздействий коренным образом меняет условия размно­жения диких животных, пути их миграции, что весьма негативно отражается на их численности и выживании.

Под добыванием имеется в виду как прямое преследование и нарушение структуры популяции (охота), так и любое другое изъятие животных и растений из природной среды для различных целей.

Третьей по важности причиной сокращения численности и исчезновения видов животных является интродукция (аккли­матизация) чуждых видов. В литературе описаны многочис­ленные случаи вымирания аборигенных (коренных) видов из-за влияния на них завезенных видов животных или растений. Есть еще больше примеров, когда местные виды из-за вторжения «пришельцев» находятся на грани исчезновения.

Другие причины снижения численности и исчезновения — прямое их уничтожение для защиты сельскохозяйственной продукции и промысловых объектов (гибель хищ­ных птиц, сусликов, ластоногих, койотов и др.); случайное непреднамеренное уничтожение (на автомобильных дорогах), в ходе военных действий, при кошении трав, на линиях электропередач, при зарегулировании водного стока); загрязнение среды (пестицидами, нефтью и нефтепродуктами, атмосферными загрязнителями, свинцом и други­ми токсикантами).

3.Защита растительного мира.

Для сохранения численности и популяционно-видового со­става растений осуществляется комплекс природоохранные мер, в число которых входят:

– борьба с лесными пожарами;

– защита растений от вредителей и болезней; полезащитное лесоразведение;

– повышение эффективности использования лесных ресур­сов;

– охрана отдельных видов растений и растительных сооб­ществ.

Борьба с лесными пожарами. В нашей стране уже дли­тельное время действует специальная служба государствен­ной лесной охраны, оснащенная современной техникой обна­ружения и тушения пожаров. Для этих целей используют са­молеты, вертолеты, мощные пожарные автоцистерны, опры­скиватели, вездеходы, бульдозеры и т. д. Значительна роль авиационной охраны, на ее долю приходится почти треть всех обнаруженных и ликвидированных пожаров в лесах государ­ственного фонда. Однако следует признать, что в последние годы отлаженная система обнаружения и тушения очагов лес­ных пожаров становится малоэффективной из-за недостаточ­ного финансирования.

В борьбе с лесными пожарами большую роль играют и другие меры защиты, в частности создание противопожарных барьеров-разрывов, специальных полос и др.

Главные усилия следует направлять на профилактику по­жаров. Подавляющее большинство лесных пожаров происхо­дят, как известно, из-за неосторожного или неумелого обра­щения людей с огнем. Так, на европейской территории стра­ны почти 100% возгораний происходит по вше местного на­селения.

Защита растений от вредителей и болезней.

Среди ме­тодов защиты растений от болезней и вредителей различают профилактические и истребительные меры. Лучшие резуль­таты дают профилактические меры, а именно: надзор, каран­тинная служба и различные лесохозяйственные мероприятия.

К истребительным (точнее, лечебно-истребительным) от­носятся следующие методы:

– агротехнические (правильные севообороты, сортировка и очистка семян, выведение и возделывание непоражаемых сортов культурных растений, и др.);

– химические (использование специальных веществ, ток­сичных для вредителей);

– – биологические (основаны на уничтожении вредителей хищными и паразитическими насекомыми — энтомофагами, микроорганизмами, нематодами, насекомоядными птицами и другими их естественными врагами).

Деятельность насекомоядных птиц в очаге размножения лесных вредителей позволяет сохранить более 30% деревьев.

Один из перспективных биологических способов — внедрение в природные популяции, численность видов которых надо уменьшить, таких особей, которые не способны давать потом­ство. Этот генетический метод защиты в ряде случаев оказался эф­фективным и заслуживает широкого распространения.

В отношении химического метода - в настоящее время во многих странах мира ведутся работы по дальнейшему развитию интегрального метода защиты растений, при котором пестициды постепенно заменяются биологическими методами, изыскиваются химические средства избирательного действия, строго регламентируется применение пестицидов. Этот сбалансированный комплекс защиты растений позволяет уже на нынешней стадии разработки значительно сократить использование токсичных веществ.

Полезащитное лесоразведение. Искусственно выращенные лесные полосы, сформированные из быстрорастущих био­логически устойчивых пород для поддержания биологического равновесия, создают по границам полей и севооборотов, снаружи и внутри садов, на пастбищах и т. д. Лесонасажде­ния положительно влияют на окружающую природную среду и способствуют защите сельскохозяйственных полей, пастбищ­ных трав, плодовых деревьев, кустарников, виноградников от вымерзания, вредного действия ветров, пыльных бурь, засух и суховеев.

Повышение эффективности использования лесных ре­сурсов. В комплекс мероприятий данного назначения входят перебазирование лесозаготовок и лесоперерабатывающих предприятий в многолесные районы, ликвидация перерубов в малолесных районах, сокращение потерь древесины при сплаве и перевозках и др. Для сохранения численности и популяционно-видового состава лесов необходимо также про­ведение в достаточных объемах лесовосстановительных ра­бот с целью восстановления лесов, улуч­шение их состава, дальнейшее развитие сети лес­ных питомников и разработка методов выращивания леса на специальных плантациях.

Охрана отдельных видов растений и растительных со­обществ.

Обычно выделяют два аспекта, связанных с охра­ной растительного мира:

1) охрана редких и исчезающих ви­дов флоры

2) охрана основных растительных сообществ.

К редким относят растительные виды, имеющие ограниченный ареал и низкую численность. Правительственными постанов­лениями взяты под защиту десятки редких видов растений. В местах их произрастания строго запрещается сбор, выпас ско­та, сенокошение и другие формы уничтожения растений и их сообществ.

Очень важной задачей является сохранение в качестве ге­нофонда видового разнообразия растений. В случае, когда ис­черпаны все резервы сохранения видов растений, создают спе­циальные хранилища - генетические банки, где генофонд видов сохраняется в виде семян.

4. Охрана животного мира

Действие «Закона о животном мире» распространя­ется на регулирование, охрану и использование диких живот­ных, т. е. животных, находящихся в состоянии естественной свободы. Охрана и использование одомашненных животных, а также содержащихся в зоопарках, зоосадах, вольерах, на зве­рофермах, регулируется другими законодательными актами.

Охрана и эксплуатация охотничьих животных, морских зверей и промысловых рыб. Охрана диких животных в на­шей стране осуществляется с соблюдением принципов научно обоснованного управления популяциями, сохранения видового многообразия и генофонда. Под эксплуатацией диких живот­ных следует понимать использование их для получения раз­личных ценных продуктов и сырья (мяса, меха, пуха, пантов и другой продукции) и пользование ими в научных, культурно-просветительских и иных целях.

Охрана и эксплуатация охотничьих животных должна пре­дусматривать разумную добычу, но не их истребление. Если изъятие отдельных особей из популяции биологически обосно­ванно, то оно не только не вредит популяции, но, наоборот, способствует мобилизации ее экологического резерва, под ко­торым понимают возможность повышения продуктивности пу­тем увеличения потомства и его выживаемости.

Объектом охотничьего хозяйства должна быть именно популяция дан­ного вида животных. Управлять же промыслом (охотой), ко­личественным и качественным составом популяций необходи­мо в полном соответствии с возможностями того биогеоцено­за, в состав которого она входит. При соблюдении этих прин­ципов промысел и охота становятся действенной, активной фор­мой охраны животных и способствуют оздоровлению их попу­ляций.

Популяционно-видовой подход к охране и эксплуатации охотничьих животных укоренился в нашей стране с начала 50-х гг. и в настоящее время является доминирующим. Исполь­зуя этот подход, очень важно определить минимальное число особей, при котором сложились бы наиболее благоприятные условия существования и развития популяции. Принимается, что эффективная величина популяции для высших позвоноч­ных, обеспечивающая их надежное выживание, не должна быть меньше нескольких сот особей, а для беспозвоночных — не­сколько десятков тысяч особей. Чем меньше площадь обитае­мых мест, тем быстрее происходит исчезновение видов.

Помимо организованного промысла и охоты на охотничь­их угодьях проводят биотехнические мероприятия. Их назначение: сохра­нение и увеличение емкости охотничьих угодий, а также уве­личение численности и обогащение видов промысловых жи­вотных.

Широко используется также акклиматизация животных, т. е. вселение их в новые места обитания с целью обогащения экосистем новыми полезными видами. Наряду с акклиматизацией диких животных практикуется и реакклиматизация, т.е. расселение животных в прежние мес­та обитания, где ранее они находились, но были истреблены. Поскольку дикие животные составляют государственный охотничий фонд, их использование регламентируется право­выми нормами. Охота с нарушением установленных правил считается браконьерством.

Охрана и эксплуатация морских зверей (тюленей, моржей, морских котиков и др.) регламентируется лимитами, сроками и районами добычи. Полностью запрещена добыча дельфинов. Превращен промысел китов. Трудности в охране этого вида жи­вотных связаны с миграцией их через государственные грани­цы и обитанием многих из них в международных водах.

Охрана и эксплуатация промысловых рыб основана также на соблюдении популяционно-видового принципа. Так уста­новлено, что вылов взрослых рыб (до определенного предела) не только не приносит вреда всей популяции, но даже способ­ствует увеличению ее прироста.

5. Красная книга

Красная книга содержит сведения о редких, исчезающих или находящихся под угрозой исчезновения видов растений, животных и других организмов с целью введения режима их особой охраны и воспроизводства. Существует несколько ва­риантов Красных книг: международная, федеральная и респуб­ликанская (областная).

Международная Красная книга. Идея, составление и из­дание этой книги принадлежит Международному союзу охра­ны природы и природных ресурсов (МСОП). Этой организаци­ей выпущены тома: «Млекопитающие» (310 видов), «Птицы» (320 видов), «Земноводные и пресмыкающиеся» (162 вида), «Ры­бы» (40 видов) и том о редких растениях. Международная Крас­ная книга не сброшюрована и любая страница (лист) может быть заменена другой по мере получения новых данных.

В Международной Красной книге выделено пять видов рас­тений и животных в соответствии с классификацией, разрабо­танной МСОП:

Ех — по-видимому, исчез.

Е — под угрозой исчезновения. Спасение вида невозмож­но без проведения специальных мер по охране.

V — сокращающийся в численности. Этот уязвимый, со­кращающийся в численности вид пока еще встречается в коли­чествах, достаточных для выживания.

R — редкий. Прямая угроза выживанию отсутствует, но из-за незначительной численности при неблагоприятных усло­виях возможно сокращение численности и угроза исчезновения.

Восстановленные виды. Ранее относились к категориям Е, V или R, теперь благодаря мерам по охране и эксплуатации восстановлены. Нуждаются в постоянном контроле.

Ежегодно в Международную Красную книгу вносятся из­менения и новые виды, нуждающиеся в особой заботе.

6. Особо охраняемые природные территории.

К наиболее эффективным формам охраны биотических со­обществ, а также всех природных экосистем следует отнести государственную систему особо охраняемых природных терри­торий.

Особо охраняемые природные территории (ООПТ) — это участки суши или водной поверхности; которые в силу сво­его природоохранного и иного значения, полностью или час­тично изъяты из хозяйственного пользования и для которых "установлен режим особой охраны. факторов, а также для решения различных хо­зяйственных и социальных задач.

Согласно Закону различают следующие основные катего­рии указанных территорий:

а) государственные природные заповедники, в том числе биосферные;

б) национальные парки;

в) природные парки;

г) государственные природные заказники;

д) памятники природы;

е) дендрологические парки и ботанические сады.

Государственные природные заповедники — участии тер­ритории, которые полностью изъяты из обычного хозяйствен­ного использования с целью сохранения в естественном состоя­нии природного комплекса. Заповедник есть территория, на которой люди сознательно и добровольно прекращают всякую свою деятельность, всякое вмешательство в природные процессы, чтобы сравнивать последствия такого заповедания с освоенными землями.

В основу природно-заповедного дела положены следующие основные принципы:

– создание в заповедниках, как своеобразных «эталонах» при­роды, условий, необходимых для сохранения и развития всех видов животных и растений;

– поддержание экологического равновесия ландшафтов путем охраны природных экосистем;

– возможность изучать эволюцию природных экосистем, как в региональном, так и в более широком биогеографическом плане; решать многие аутэкологические и синэкологические вопросы;

– сеть заповедных объектов должна отображать широтно-меридиональные, а в горных регионах — высотные закономер­ности распространения экосистем;

– включение в сферу деятельности заповедников социально-экономических вопросов, связанных с удовлетворением рек­реационных, краеведческих и иных нужд населения.

Заповедники рассматривают и как природные комплексы, изъятые из хозяйственного оборота, и как научно-исследова­тельские учреждения, выполняющие научные, охранительные, культурно-просветительские и иные функции.

Биосферные заповедники — входят в состав ряда государ­ственных природных заповедников и используются в качестве фонового заповедно-эталонного объекта при изучении биосферных процессов

Природные национальные парки — одна из новых форм охраны и использования природных экосистем. Национальные парки — это относительно большие природные территории и акватории, где обеспечивается выполнение трех основных це­лей: экологической (поддержание экологического баланса и со­хранение природных экосистем), рекреационной (регулируемый туризм и отдых людей) и научный (разработка и внедрение ме­тодов сохранения природного комплекса в условиях массового допуска посетителей). В национальных парках есть и зоны хо­зяйственного использования. Природные парки — территории, отличающиеся особой эко­логической и эстетической ценностью, с относительно мягким охранным режимом и используемые преимущественно для ор­ганизованного отдыха населения. Природные парки — неком­мерческие организации, финансируемые за счет бюджетных средств. По своей структуре они более просты, чем националь­ные природные парки.

Заказники — территория, созданные на определенный срок (в ряде случаев постоянно) для сохранения или восстановления природных комплексов или ИХ компонентов и поддержания экологического баланса. В заказниках сохраняют и восстанавливают плотности популяций одного или нескольких видов животных или расте­ши, а также природные ландшафты, водные объекты и др. Существуют ландшафтные, лесные, ихтиологические, орнито­логические и другие типы заказников. После восстановления плотности популяций видов животных и рас­тений, природного ландшафта и т. д. заказники закрываются.

Памятники природы — уникальные, невоспроизводимые природные объекты, имеющие научную, экологическую, культурную и эстетическую ценность (пещеры, небольшие урочи­ща, дековые деревья, скалы, водопады и др.). Иногда для сохранения ценнейших памятников природы вокруг них созда­ются специальные заповедники. Например, для сохранения красивейшего каскадного водопада Кивач на р. Суне (Каре­лия) создан заповедник «Кивач» площадью 102 км2. На терри­тории, где расположены памятники природы, а их в России около 8 тысяч, запрещена любая деятельность, нарушающая их сохранность.

Дендрологические парки и ботанические сады — приро­доохранные учреждения, в задачу которых входит создание кол­лекции деревьев и кустарников с целью сохранения биоразно­образия и обогащения растительного мира, а. также в научных, учебных в культурно-просветительных целях. В дендрологи­ческих парках и ботанических садах осуществляются также ра­боты по интродукции е акклиматизации новых для данного региона растений. Режим особо охраняемых природных территорий охраня­ется Законом.

Контрольные вопросы.

1. Каковы причины резкого снижения биоразнообразия в природе в настоящее время?

2. Охарактеризуйте функции леса в биосфере.

3. Почему гибель лесов является одной из наиболее серьез­ных экологических проблем?

4. К каким экологическим последствиям приводит антропогенное воздействие на биотические сообщества?

5. Какова главнейшая экологическая функция животного мира?

6. Назовите основные причины вымирания животных, сокращения их числа и утраты ими биологического разнообразия в настоящее время?

7. Опишите методы защиты растительного мира.

8. Опишите методы охраны животного мира

9. Охарактеризуйте особо охраняемые природные территории.

10. Охарактеризуйте Красную книгу
    
    
    

Лекция № 12 Природоохранные мероприятия и альтернативные источники энергии

План

1. Классификация природоохранных мероприятий

2. Безотходные и малоотходные технологии

3. Альтернативная энергетика

1. Классификация природоохранных мероприятий

Промышленные предприятия и трудовые коллективы экономически не заинтересованы в осуществлении активной природоохранной деятельности, в осуществлении мероприятий по рациональному природопользованию. Оценка эффективности по хозяйственной деятельности осуществляется на основе системы экономических показателей. Важнейшими из них являются объем выпуска продукции, прибыль. Однако, без учета эффективности природоохранных мероприятий не может быть достигнута народнохозяйственная эффективность промышленных предприятий.

Природоохранные мероприятия – все виды хозяйственной деятельности, направленные на снижение отрицательного антропогенного воздействия на окружающую среду, на сохранение, улучшение и рациональное использование природно-ресурсного потенциала страны. Они достаточно разнообразны и по своему назначению объединяются в 3 группы.

Одноцелевые. Их цель – полное исключение или уменьшение промышленного загрязнения окружающей среды. Природоохранный эффект таких мероприятий обусловлен установкой на предприятиях стандартной природоохранной техники; разработкой и внедрением новых более эффективных методов очистки; внесением определенных изменений в технологию, приводящих к уменьшению загрязнения.

Вторая группа природоохранных мероприятий объединяет одноцелевые ресурсосберегающие исследования, цель которых экономия сырья, топлива и энергии. Это достигается внедрением новых технологий, позволяющих снижать нормы расхода сырья и энергии, уменьшить потери при транспортировке и хранении продуктов труда.

Мероприятия третьей группы – многоцелевые. Природоохранные задачи решаются наряду с проблемами повышения качества продукции; улучшения использования природных ресурсов, технологического оборудования, рабочей силы и других элементов материального производства. Это разработки по созданию систем замкнутого водоснабжения промышленных предприятий; исследования по утилизации отходов вместо их захоронения; разработки по созданию малоотходных, безотходных, ресурсосберегающих технологий.

1. Безотходные и малоотходные технологии

Это — направление комплексного использования полезных ископаемых и защиты окружающей среды от загрязнений, которое предполагает максимальное извлечение из сырья всех ценных компонентов при минимальном выделении или полном отсутствии отходов в твёрдом, жидком и газообразном виде. При внедрении безотходной технологии на основе межотраслевой кооперации из добытой руды или угля, кроме получения основного компонента, сопутствующих цветных и чёрных металлов, возможно производство строительных материалов (кирпича, цемента, шлакоблоков и т.п.), щебня, материала для дорожных покрытий, химических продуктов (серной кислоты, соды, поташа и др.), удобрений, а также использование пород отвалов для закладки выработанного пространства шахт и т.п.

Необходимость в разработке безотходной технологии возникла в середине 20 века в связи с катастрофически резким увеличением количества твёрдых отходов, газообразных выбросов в атмосферу и загрязнением водоёмов промышленными стоками; масштабы загрязнений во многих промышленных районах превышают возможности их природной нейтрализации. В основе идеи промышленных безотходных технологий лежит существующая в природе взаимосвязь процессов, при которой продукты жизнедеятельности одних организмов поглощаются другими, так что в результате кругооборота в природе не происходит никакого избыточного накопления веществ. Создание методов безотходной технологии и внедрение их в производство при переработке руд связаны с заменой многих процессов гидрометаллургическими, что снижает объём выбросов вредных продуктов в атмосферу и позволяет путём экстракции и ионного обмена дополнительно извлечь из растворов ценные компоненты и создать оборотное водоснабжение. Успешное развитие безотходной технологии связано с разработкой технологических методов извлечения из твёрдых и жидких смесей компонентов при малых их концентрациях, методов утилизации отходов путём доведения их до товарной кондиции, а также с оптимизацией схем промышленных безотходных технологий с учётом требований экологии.

Составная часть безотходной технологии — бессточная технология, не имеющая жидких отходов (стоков). Основные направления создания бессточной технологии: внедрение безводных технологических процессов и процессов с минимальным водопотреблением, выбор производственного комплекса с последовательным многократным использованием воды, максимальное развитие водооборотных систем, локальная очистка сточных вод с утилизацией ценных компонентов, совершенствование существующих и разработка новых (главным образом безреагентных) методов очистки сточных вод, замена водяного охлаждения воздушным, вывод отходов из технологического процесса преимущественно в виде твёрдой фазы или высококонцентрированных растворов с целью их последующей утилизации или захоронения. Безотходные технологии, при которых не образуются твёрдые отходы, называются безотвальными (связаны с переработкой твёрдых отходов на строительные материалы — цемент, стекло и др.). Проблема безотходных технологий нашла отражение в ряде международных соглашений по вопросам.

1. Альтернативная энергетика

Альтернативная энергетика это совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде в районе. В основе экологически чистой энергетики лежат возобнавляемые источники энергии.

Возобновляемая или "Зеленая энергия" — энергия из источников, которые по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде процессов и предоставлении для технического применения.

Существуют несколько источников возобновляемой энергии:

1. Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием деятельности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью, так в конце 2010 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 гигаватт. В том же году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии).[2][3] Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2011 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 28 % всего электричества, в Португалии — 19 %, в Ирландии — 14 %, в Испании — 16 % и в Германии — 8 %. В мае 2009 года 80 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе.

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Однако, сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии. Для решения подобных проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.

2. Гелиоэнергетика (Солнечная энергетика) — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Солнечная энергетика (СЭ) является одним из из наиболее перспективных направлений развития возобновляемых источников энергии. По оценкам специалистов, к 2100 году солнце станет доминирующим источником энергии на планете. Во многих странах солнечная энергетика получила активную государственную поддержку и стремительно развивается.

Опыт этих стран показывает, что при определенных климатических, экономических и политических условиях солнечная энергетика уже сегодня может стать реальным конкурентом традиционной энергетике.

Количество солнечной энергии, поступающей на Землю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и других энергетических ресурсов, в том числе возобновляемых. Использование всего лишь 0,0125% солнечной энергии могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% – полностью покрыть потребности в будущем. Потенциал солнечной энергии настолько велик, что, по существующим оценкам, солнечной энергии, поступающей на Землю каждую минуту, достаточно для того, чтобы удовлетворить текущие глобальные потребности человечества в энергии в течение года.

По используемому принципу преобразования солнечной энергии солнечные энергоустановки делятся на фотоэлектрические, реализующие метод прямого (безмашинного) преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП, или «солнечная батарея», «солнечный модуль»), и термодинамические, в которых солнечная энергия преобразуется сначала в тепло, которое в термодинамическом цикле тепловой машины, в свою очередь, преобразуется в механическую энергию, а затем в генераторе – в электрическую. Наиболее широкое распространение в мире получили именно солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ).

3. Альтернативная гидроэнергетика. Существуют приливная, волновая, геотермальная, биологическая и некоторые другие виды гидроэнергетики.

Приливная электростанция (ПЭС) — особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.

Для получения энергии залив или устье реки перекрывают плотиной, в которой установлены гидроагрегаты, которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие приливов и отливов). В последнем случае они называются гидроаккумулирующая электростанция.

Эне́ргия волн океана — энергия, переносимая волнами на поверхности океана. Может использоваться для совершения полезной работы — генерации электроэнергии, опреснения воды и перекачки воды в резервуары. Энергия волн — возобновляемый источник энергии.

Мощность волнения оценивают в кВт на погонный метр, то есть в кВт/м. По сравнению с ветровой и солнечной энергией энергия волн обладает гораздо большей удельной мощностью. Так, средняя мощность волнения морей и океанов, как правило, превышает 15 кВт/м. При высоте волн в 2 м мощность достигает 80 кВт/м. То есть, при освоении поверхности океанов не может быть нехватки энергии. Конечно, в механическую и электрическую энергию можно использовать только часть мощности волнения, но для воды коэффициент преобразования выше, чем для воздуха — до 85 %.

Волновая энергия представляет собой сконцентрированную энергию ветра и, в конечном итоге, солнечной энергии. Мощность, полученная от волнения всех океанов планеты, не может быть больше мощности, получаемой от Солнца. Но удельная мощность электрогенераторов, работающих от волн, может быть гораздо большей, чем для других альтернативных источников энергии.

Несмотря на схожую природу, энергию волн принято отличать от энергии приливов и океанских течений. Выработка электроэнергии с использованием энергии волн не является распространённой практикой, в настоящее время в этой сфере проводятся только экспериментальные исследования.

4. Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы.

В вулканических районах циркулирующая вода перегревается выше температуры кипения на относительно небольших глубинах и по трещинам поднимается к поверхности, иногда проявляя себя в виде гейзеров. Доступ к подземным тёплым водам возможен при помощи глубинного бурения скважин. Более чем такие паротермы распространены сухие высокотемпературные породы, энергия которых доступна при помощи закачки и последующего отбора из них перегретой воды. Высокие горизонты пород с температурой менее 100 °C распространены и на множестве геологически малоактивных территорий, потому наиболее перспективным считается использование геотерм в качестве источника тепла.

Хозяйственное применение геотермальных источников распространено в Исландии и Новой Зеландии, Италии и Франции, Литве, Мексике, Никарагуа, Коста-Рике, Филиппинах, Индонезии, Китае, Японии, Кении.

5. Биотопливо – один из видов альтернативного топлива, производимый из сырья растительного или животного происхождения. Самыми распространенными в настоящее время являются биоэтанол, биодизель и, в меньшей степени, биогаз.

Биоэтанол, который по-нашему мы называем спиртом, производится в основном из кукурузы или сахарного тростника. Наиболее распространен в Бразилии, США, Швеции. Применяется не в чистом виде, а в смеси с бензином в разных пропорциях. Смесь Е-10 содержит 10% биоэтанола, Е-85, соответственно, 85%. Десятипроцентным топливом без переделок можно заправлять любой современный автомобиль, применение 85- процентного требует переделки двигателя и системы питания. Существуют и так называемые Flex-Fuel (FFV) автомобили, которые могут работать и на бензине, и на его смеси с этанолом в любом соотношении.

Биодизель является продуктом переработки растительного масла, сырьем для которого чаще всего служат рапс, соя или подсолнечник. Так же, как и биоэтанол, биодизель применяется в автомобилях не в чистом виде, а в смеси с дизтопливом. Например: В-20 – 20% биодизеля, 80% обычного дизтоплива. В отличие от биоэтанола применение биодизеля не требует доработки двигателя и топливной системы.

Недостатки биоэтанола и биодизеля. Биотопливо второго поколения

И биоэтанол, и биодизель обеспечивают выхлоп, позволяющий с запасом укладываться в экологические нормы. Но так как их энергетическая эффективность ниже, чем у чистого бензина или солярки, то мощность двигателя снижается, а расход топлива возрастает. А самое главное, что широкое использование этих видов биотоплива создает продовольственные проблемы, так как пищевые сельскохозяйственные культуры используются не по прямому назначению, а для производства топлива для автомобилей.

Решить эту проблему призваны биотоплива второго поколения. Главное их отличие в том, что сырьем для их производства служит биомасса, то есть разного рода отходы: остаточные непищевые части растений (стебли, листья, шелуха), древесная стружка, солома, кожура и мякоть от прессовки фруктов, навоз и т.п. Одним из представителей биотоплива второго поколения является биогаз, который еще называют «канализационный» газ. Состоит биогаз из метана и углекислого газа. Для применения в автомобилях его предварительно очищают от углекислого газа и получают биометан. По своим свойствам это аналог природного метана, разница лишь в происхождении. Также из биомассы можно получать и этанол, и дизель.

Биотопливо третьего поколения вырабатывается из водорослей, но до его практического применения пока еще далеко.

Технология производства биотоплива

Их несколько. Одна из них - это переработка сельскохозяйственных отходов в топливо. Сырьем, для этого процесса, могут служить и куски древесины, и солома, и навоз... Производство именно такого топлива, получившее название SunDiesel, начала немецкая химическая компания Choren Industriers при поддержке концернов DaimlerChrysler и Volkswagen.

После сушки отходы нагреваются до 400-500°С, выделившийся газ проходит ряд превращений в присутствии катализатора - и на выходе из реактора получается дизельное топливо без содержания серы и других вредных примесей. Кроме того, биодизельное топливо «СО2-нейтрально» по отношению к окружающей среде - при его сгорании в атмосферу возвращается та углекислота, что была поглощена растениями при росте.

Чистота такой биосолярки тоже играет положительную роль - испытания показали, что она позволяет выполнять нормы токсичности Евро 4 даже тем двигателям, которые рассчитаны только на Евро 3. Конечно, пока литр «солнечной» солярки дороже обычной.

По оценкам авторов проекта, нынешние возможности сельского хозяйства Европы способны обеспечить таким топливом от половины до 80% всех легковых дизелей.

Еще один способ получения биологического дизельного топлива - растительное сырье. Тем более идея получать его из растительного сырья была озвучена еще Рудольфом Дизелем! В 1900 году он даже продемонстрировал двигатель, работавший на горючем из арахисового масла.

Основой для биодизельного топлива служат различные компоненты, чаще всего соя, рапс, хлопок, а в последнее время ятрофа – это южноамериканское растение еще называют бутылочным деревом. Технология в общих чертах такова: семена растений проходят через маслобойку, в которой масло отделяется от шрота – отходов маслоэкстракционного производства. Затем масло смешивают с метанолом, применяя в качестве катализатора метоксид натрия. Полученную смесь очищают – горючее готово.

Лекция 2 Экологические системы в природе.

План

1. Концепция экосистемы.

2. Гомеостаз и динамика экосистем.

3. Энергия экосистем.

4. Биологическая продуктивность экосистемы.

5. Основные экологические законы.

1. Концепция экосистемы.

Термин экосистема был впервые придуман в 1935г англ учёным Тенсли. Под ней он понимал любую совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды обитания. Согласно законам РФ «об охране окружающей среды» от 2002г статья №1: под экосистемой понимают объективно существуюую часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы, в которой живые и неживые ее компоненты взаимодействуют как единое функциональное целое и взаимосвязаны между собой обменом в-в и энергией. Природные экосистемы являются открытыми системами, тк. Постоянно получают и отдают в-ва и энергию. С точки зрения пищевых взаимодействий организмов структура экосистем делится на 2 яруса:

1) автотрофный (зеленый пояс)

2) гетеротрофный (коричневый пояс или нижний ярус)

Состав экосистем: абиотическая часть (неживая)

1. Неорганические элементы

2. Органическая составляющая

3. Воздушная, водная и субстратная среда

Биотическая часть(живая)

1. Продуценты (продуценты)

2. Консументы (потребители)

3. Редуценты (бактерии, вирусы)

Продуцирование – процесс создания органич в-в на земле, за 1 год на земле зеленые растения создают 100 млрд тонн орг в-ва. Разложение – процесс распада и окисления орг в-в. Большая часть этого процесса происходит при дыхании.

1. Гомеостаз и динамика экосистем.

Гомеостаз – способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное динамическое пространство своей структуры и свойств. Поддержание гомеостаза является непременным условием существования экосистем. В гомеостазе экосистем выделяют 2 фактора:

1. Выносливость – способность переносить изменения среды без нарушения основных св-в системы.

2. Упругость – способность быстро и самостоятельно возвращаться в исходное состояние из какого то неустойчивого, вызванного влиянием неблагоприятных факторов. В экосистемах гомеостаз проявляется в устойчивых формах взаимодействии я между видами.

Динамика экосистем. В естественной экосистеме постоянно поддерживается равновесие, которое исключает необратимое уничтожение любого звена пищевой цепи экосистем. Экологическое равновесие – такое состояние экосистемы при котором состав и продуктивность биотической части в каждый конкретный момент времени наиболее полно соответствует абиотическим условиям. Равновесие характеризуется подвижностью. Различают 2 типа подвижности равновесия:

1. Обратимые изменения – изменения экосистем в течении года при колебаниях климата. При этом видовой состав экосистемы сохраняется.

2. Экологические суб(с)цессии - это последовательная смена экосистем . при этом видовой состав изменяется и одна экосистема медленно переходит в другую. При этом равновесие сохраняется.

1. Энергия экосистем.

Жизнь на земле существует за счёт солнечной энергии, которая через растения передается остальным организмам, создавая пищевую (трофическую) цепь. Трофический уровень – место каждого организма в пищевой цепи.

1-продуценты 10% 2-консументы 1 порядка 10%3-консумениы 2 порядка 10% 4-консументы 3 порядка 10% 5-редуценты. Закон пирамидной энергии. Правило 10%. Остальная часть энергии (90%) переходит в тепловую форму и рассеивается в среде.

1. Биологическая продуктивность экосистемы.

Это скорость с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органические в-ва в качестве пищи. Различают 4 уровня продуцирования орг в-в:

1) первичная продукция: а) валовая первичная, б) чистая первичная

2) вторичная продукция.

Первичная продукция – вся продукция, создаваемая продуцентами в единицу времени. Вторичная продукция – прирост за единицу времени массы консументов. Валовая первичная – общая масса орг в-ва, создаваемая растениями в единицу времени при определенной скорости фотосинтеза, включая траты растения на дыхание и рост(40-70%).Та часть продукции, кот не расходуется на дыхание и рост называется чистой первичной.

1. Основные экологические законы.

Обуславливают самосохранение экосистем.

1. Закон максимума. Сохранение экосистемы определяется наилучшей организацией, поступлением в нее энергии, использование ее max кол-ва.

2. Закон минимума. 1840г Либих. Устойчивость экосистем определяется самым слабым звеном пищевой цепи экосистемы. Т.е. жизненные возможности организмов ограничивают экологические факторы, кол-во и кач-во которых близки к минимуму. При дальнейшем снижении факторов наступает гибель системы.

3. Закон толерантности. 1913г Шелфорд. Этот закон – обощение первых 2х законов. Невозможность развития экосистемы определяется как недостатком так и избытком какого-то фактора. Он гласит: «лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия». Под ограничивающим фактором понимают фактор, уровень которого в качественном и количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма

4. Закон физико-химического единства существа (общебиосферный закон) (В. И. Вернадский): все живое вещество планеты Земля физико-химически едино. Этот закон – естественное следствие положения о материальном единстве живого и неживого вещества. Из закона физико-химического единства живого вещества вытекают два важнейших для разумного природопользования вывода.

Первый: вредное для одних видов живых организмов (существ) обязательно вредно и для других видов. Отсюда, если пестициды смертельны для одних организмов, то они не могут не оказывать вредного влияния на другие организмы. Различие состоит только в степени устойчивости видов к вредному агенту.

Второй: живое вещество имеет сложную внутреннюю взаимосвязь, для каждого геологического периода как бы единую сеть жизни, в состав которой входит и биовид человека. Разрывы этой «сети» создают в ней «дыры», что снижает устойчивость биосферы. Поэтому сохранение видового разнообразия – гарант поддержания устойчивости биосферы.

1. Закон константности (сформулированный В. Вернадским): количество живого вещества биосферы (за определенное геологическое время) есть величина постоянная. Этот закон тесно связан с законом внутреннего динамического равновесия. По закону константности любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемо приводит к такой же по объему изменения вещества в другом регионе, только с обратным знаком. Следствием этого закона является правило обязательного заполнения экологических ниш.

2. Правило обязательности заполнения экологических ниш. Пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена, но иногда для этого требуется значительное время. Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе.

3. Закон внутреннего динамического равновесия (В. И. Вернадский). Вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных естественных систем и их иерархии очень тесно связанны между собой, так что любое изменение одного из показателей неминуемое приводит к функционально-структурным изменениям других, но при этом сохраняются общие качества системы – энергетические, информационные и динамические. Изменения в больших экосистемах могут иметь необратимый характер, а любые локальные преобразования природы вызовут в биосфере планеты (то есть в глобальном масштабе) и в ее наибольших подразделах реакции ответа, которые предопределяют относительную неизменность эколого-экономического потенциала. Искусственное возрастание эколого-экономического потенциала ограниченно термодинамической стойкостью естественных систем.

4. Закон биогенной миграции атомов (или закон В. И. Вернадского). Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется под превосходящим влиянием живого вещества, организмов.

5. Закон незаменимости биосферы. Биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

6. Закон максимизации энергии (закон Г. и Э. Одумов). Выживание (сохранение) одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в нее энергии и использования мак-симального количества этой энергии наиболее эффективным способом.

7. Закон развития экосистемы за счет окружающей среды. Любая естественная система развивается лишь за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно – это вывод из законов термодинамики.

Очень важными являются следствия закона:

1 Абсолютно безотходное производство невозможно.

2 Любая более высокоорганизованная биотическая система в своем развитии есть потенциальная угроза для менее организованных систем. Поэтому в биосфере Земли невозможно повторное зарождение жизни – оно будет уничтожено уже существующими организмами.

3 Биосфера Земли, как система, развивается за счет внутренних и космических ресурсов.

1. Закон 10%, пирамиды энергий (закон Линдемана). С одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10% энергии.

2.  Закон ограниченности природных ресурсов. Планета Земля конечна, поэтому все ее составные части также конечны. Термин неисчерпаемых природных ресурсов ошибочен. Даже солнечную энергию нельзя называть неисчерпаемым источником, т. к. ограничения накладываются самой энергетикой биосферы в соответствии с правилом одного процента.

3. Закон обеднения разнородного вещества в островных его сгущениях (закон Г. Ф. Хильми). Индивидуальная система, работающая в среде с уровнем организации, более низким, чем уровень самой системы, обречена на деградацию, так как, постепенно теряя свою структуру, система через некоторое время растворяется в окружающей среде. Из закона следует, что любые сложные биотические сообщества, сохраненные на незначительных пространствах, обречены на постоянную деградацию.

4. Закон уменьшения энергоотдачи в природопользовании. В процессе получения из естественных систем полезной продукции с течением времени (в историческом аспекте) на ее изготовление в среднем расходуется все больше энергии (возрастают энергетические затраты на одного человека). Так, ныне затраты энергии на одного человека за сутки почти в 60 раз большие, чем во времена наших далеких предков (несколько тысяч лет тому). Увеличение энергетических затрат не может происходить бесконечно, его можно и следует рассчитывать, планируя свои отношения с природой с целью их гармонизации.

5. Закон экологической корреляции. В экосистеме, как и в любой другой системе, все виды живого вещества и абиотические экологические компоненты функционально отвечают один другому. Выпадение одной части системы (вида) неминуемо приводит к выключению связанных с ею других частей экосистемы и функциональных изменений.

6. Правило естественности или «мягкого» управления природой. Любое вмешательство в природу должно производиться с точным расчетом и предвидением возможных последствий на десятилетия вперед. Естественное «мягкое» управление природой заключается в опосредованном, направляющем, восстанавливающем экологический баланс управлении природными процессами с вызовом желательных природных цепных реакций. В отношении людей к природе существуют два подхода – «жесткий» и «мягкий». «Жесткое» отношение к природе, перегрузка экосистем приводят к деградации природы – каналы, мелиорация, сплошная рубка леса, химическая обработка лесов и посевов. Пример «мягкого» отношения к природе – выборочная рубка леса.

7. Правило 1%. Изменение энергетики природной системы в пределах 1% выводит природную систему из равновесного состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (циклоны, вулканы, и т. д.) имеют суммарную энергетику 1% от солнечного излучения, падающего на Землю. Переход энергетики процесса за это значение обычно приводит к существенным аномалиям – резким климатическим отклонениям, переменам в характере растительности, крупным лесным и степным пожарам.

8. Правило 10%. Среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой 10% (7–17% ) энергии (или вещества в энергетическом выражении), как правило, не ведет к неблагоприятным последствиям для экосистемы и теряющего энергию трофического уровня.

9. Правило Дарлингтона. Уменьшение в десять раз замкнутой (островом, оградой) площади обитания животных сокращает число живущих на ней видов вдвое. Поэтому все млекопитающие, птицы, особенно хищные, строго обозначают границы своего обитания и старательно их берегут, вступают даже в смертельные схватки.

10. Правило Гаузе. Два вида не могут существовать на одной и той же территории, если их экологические потребности одинаковы, или иначе, они занимают одну экологическую нишу. Из правила следует, что природа разобщила животных с одинаковыми экологическими потребностями в пространстве или во времени. Так, медведи разделились на несколько видов: бурый живет в лесах, белый – во льдах. Либо иначе – медведь ведет дневной образ жизни, а барсук – ночной. Если в природе создается ситуация, когда нет возможности разобщения, один из видов либо формирует для себя новую экологическую нишу, либо исчезает. Становится ясно, почему редкими стали барсук и другие виды.

11.      Правило предварения – для растительности, широко распространенные виды на юге произрастают на северных склонах, а на севере встречаются только на южных

1 – северный вид, обитающий на плакоре, на юге переходящий на склоны северной экспозиции и в балки;

2 – южный вид, на севере встречающийся на наиболее прогреваемых склонах южной экспозиции

Лекция 3. Биосфера как глобальная экосистема

План

1. Учение В.И. Вернадского о биосфере

2. Понятие о биосфере.

3. Живое вещество биосферы.

4. Геохимическая работа живого вещества.

5. Ноосфера кок новая стадия эволюции биосферы

Учение В.И. Вернадского о биосфере представляет собой обобщение естественнонаучных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды
Ч. Дарвина, периодический закон Д.И. Менделеева, теорию единства пространства и времени А. Энштейна, идеи о неразрывной связи живой и неживой природы многих отечественных и зарубежных ученых.

В работах В.И. Вернадского рассматриваются компоненты биосферы, ее границы, функции живого вещества, эволюция биосферы.

Ученый впервые показал, что живая и неживая природа Земли тесно взаимодействуют и составляют единую систему.

Структура биосферы. В биосфере можно выделить следующие основные компоненты: живое вещество, косное (неживое) вещество, неживое биогенное вещество, биокосное вещество.

Живым веществом В.И. Вернадский назвал совокупность живых организмов, населяющих нашу планету. Это главная сила, преобразующая поверхность планеты, основа формирования и существования самой биосферы. Во все геологические эпохи живое вещество, преобразуя и аккумулируя солнечную энергию, влияло на химический состав земной коры, было мощной геохимической силой, формирующей лик Земли.

Живое вещество имеет количественные характеристики, его можно изучать, используя математические законы.

Количество живого вещества в биосфере (биомасса) - величина постоянная или мало изменяющаяся с течением времени. Во все геологические эпохи на Земле количество живого вещества было практически одинаковым. Ученый подчеркивал, что современное живое вещество генетически родственно живому веществу прошлых геологических эпох.

Под косным веществом В.И. Вернадский понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твердые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами.

Кроме живого и косного веществ, в состав биосферы входят:

неживое биогенное вещество, которое образовано живым веществом современной и прошлых геологических эпох (ископаемые остатки организмов, нефть, уголь, газы атмосферы, озерный ил - сапропель, осадочные породы, например, известняки);

биокосное вещество, которое создавалось одновременно и живыми организмами и косным веществом (например, почва, вода обитаемых водоемов, глинистые минералы).

Границы биосферы совпадают с границами распространения живых организмов в оболочках Земли, что определяется наличием условий существования жизни (благоприятный температурный режим, уровень радиации, достаточное количество воды, минеральных веществ, кислорода, углекислого газа). Биосфера охватывает всю поверхность суши, а также океаны, моря и ту часть недр Земли, где находятся породы, созданные в процессе жизнедеятельности живых организмов. Иначе говоря, биосфера - это часть литосферы, атмосферы, гидросферы, заселенная живым веществом.

Для существования живых организмов необходимы следующие условия: достаточное количество воды, минеральных веществ, , , оптимальный температурный режим, уровень радиации и др.

Верхняя граница биосферы определяется озоновым экраном, представляющим собой тонкий слой (2-4 мм) газа озона (). Роль озонового слоя в биосфере велика: он задерживает губительные для живого ультрафиолетовые лучи солнечного света. Этот слой расположен на высотах 16 - 20 км.

Нижняя граница биосферы неровная. К примеру, в литосфере живые организмы или продукты их жизнедеятельности можно встретить на глубине 3,5-7,5 км, а в Мировом океане организмы - на глубине 10 - 11 км.

Нижняя граница на суше связана с областями "былых биосфер" - так В.И. Вернадский назвал сохранившиеся остатки биосфер прошлых геологических эпох (накопления осадочных пород, углей, горючих сланцев и др.). "Былые биосферы" служат доказательством длительной эволюции биосферы Земли.

Ученый отмечал, что живое вещество распределено в биосфере неравномерно. Основная его масса сконцентрирована в приповерхностном слое суши толщиной 50-100 м и в приповерхностной толще воды (10-20 м). Здесь находится более 90% биомассы Земли. Но и в приповерхностном слое имеются пространства, густо заселенные живыми организмами (тропики и субтропики, теплые моря), и менее заселенные территории (пустыни, высокогорья, арктические и антарктические области). Для остальных территорий биосферы характерно, по словам В.И. Вернадского, "разрежение живого вещества".

Тем не менее, в пределах биосферы нет абсолютно безжизненных пространств. Даже в самых суровых условиях обитания можно найти бактерии и другие микроорганизмы. В.И. Вернадский высказал идею о "всюдности жизни", живое вещество способно "растекаться" по поверхности планеты; оно с огромной скоростью захватывает все незанятые участки биосферы, что обусловливает "давление жизни" на неживую природу.

Функции живого вещества. Одна из основных заслуг В.И. Вернадского состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные биогеохимические функции. Благодаря этому обеспечиваются круговорот веществ и превращение энергии и, в итоге, целостность, постоянство биосферы, ее устойчивое существование. Важнейшими функциями являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная.

Энергетическая функция заключается в накоплении и преобразовании растениями энергии Солнца (бактерии-хемоавтотрофы преобразуют энергию химических связей) и передаче ее по пищевым цепям: от продуцентов - к консументам и, далее, - к редуцентам. При этом энергия постепенно рассеивается, но часть ее вместе с остатками организмов переходит в ископаемое состояние, "консервируется" в земной коре, образуя запасы нефти, угля и др.

В осуществлении газовой функции ведущая роль принадлежит зеленым растениям, которые в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород. В то же время, большинство живых организмов (и растения в том числе) в процессе дыхания используют кислород, выделяя в атмосферу углекислый газ. Таким образом, участвуя в обменных процессах, живое вещество поддерживает на определенном уровне газовый состав атмосферы.

Окислительно-восстановительная функция тесно связана с энергетической. Существуют микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая при этом энергию для жизненных процессов. Велико их значение для образования многих полезных ископаемых. Например, деятельность железобактерий по окислению железа привела к образованию таких осадочных пород как железные руды; серобактерии, восстанавливая сульфаты, образовали месторождения серы.

Концентрационная функция заключается в способности живых организмов накапливать различные химические элементы. Например, осоки и хвощи содержат много кремния, морская капуста и щавель - йод и кальций. В скелетах позвоночных животных содержится большое количество фосфора, кальция, магния. Осуществление данной функции способствовало образованию залежей известняка, мела, торфа, угля, нефти.

Эволюция биосферы. В.И. Вернадский в своих работах подчеркивал, что история возникновения и эволюция биосферы - это история возникновения жизни на Земле. Развитие биосферы идет вместе с эволюцией органического мира - изменяется состав ее компонентов, расширяются границы и т. д.

Живое вещество эволюционирует в сторону усложнения уровня организации, уменьшения прямой зависимости от среды обитания, усовершенствования способов ориентации и передвижения в пространстве.

Перенеся идеи физики о неразрывности пространства и времени на явления природы, В.И. Вернадский объяснил направленность эволюции биосферы: она ограничена пространством, что определяется телом планеты, и направлена в сторону прогрессивного развития, так как необходимо приобрести свойства, которые позволят это ограниченное пространство использовать по возможности максимально.

Особое внимание в своих трудах ученый уделял возрастающему влиянию человека на ход эволюции биосферы. Вернадский подчеркивал, что человек разумный - невиданная по своим масштабам геохимическая сила, которая увеличивает свое влияние по мере развития научной мысли. Еще в 20-х годах прошлого века ученый сумел предугадать многие тенденции воздействия человека на природу. Его теоретические положения о биосфере и месте в ней человека - блестящий пример научного обобщения.

В сжатом виде идеи В. И. Вернадского об эволюции биосферы сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась литосфера – предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше – биосфера.

2. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т. е. лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

3. Живые организмы – главный фактор миграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью» (В. И. Вернадский, 1934).

4. Грандиозный геологический эффект деятельности организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени.

5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.

Венцом творчества В. И. Вернадского стало учение о ноосфере, т. е. сфере разума.

2. Понятие о биосфере.

Представление о биосфере как общепланетарной оболочке, охватывающей толщу тропосферы, гидросферы, осадочных (и возможно гранитных) пород литосферы, в ходе всей геологической истории Земли; как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью, было разработано в трудах В.И.Вернадского. Вернадский впервые указал на активную преобразующую деятельность древних и современных организмов в изменении облика нашей планеты. Грандиозные масштабы этого процесса позволили ему развить учение о космической роли жизни в геологической истории Земли, что несомненно дает право считать его основателем учения о биосфере.

Биосферой Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.

Биосфера (греч. bios – жазнь, sphaira – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты.

Впервые термин «биосфера» был введен в науку геологом из Австрии Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. В первой трети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании – учение о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли – биосфера.

Литосфера (греч. «литое» – камень) – каменная оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы).

Гидросафера (греч. «гидора» – вода) – водная оболочка Земли. Ее подразделяют на поверхностную и подземную.

Поверхностная гидросфера – водная оболочка поверхностной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др. Все эти воды постоянно или временно располагаются на земной поверхности и носят название поверхностных.

Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и прерывисто покрывает земную поверхность на 70,8%.

Подземная гидросфера – включает воды, находящиеся в верхней части земной коры. Их называют подземными. Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли, нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера очень глубоко проникает в толщу земной коры.

По отношению к объему земного шара общий объем гидросферы не превышает 0,13%. Основную часть гидросферы (96,53%) составляет Мировой океан. На долю подземных вод приходится 1,69% от общего объема гидросферы, остальное – воды рек, озер и ледников.

Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют соленые воды океанов, морей. Общий объем пресных вод на Земле равен около 2% общего объема гидросферы. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледниках, воды которых пока используются очень мало. На долю остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходятся 0,3% объема гидросферы.

Атмосфера (греч. «атмоо – пар) – газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли (по Н. Реймерсу, 1990). На высоте от 10 до 50 км, с максимумом концентрации на высоте 20–25 км, расположен слой озона, защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения, гибельного для организмов.

Атмосфера физически, химически и механически воздействует на литосферу, регулируя распределение тепла и влаги.

Биосфера – внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 25–30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты.

Состав и границы биосферы

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства; 2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т. п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов.

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

– стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

– обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

Под живым веществом В. И. Вернадский понимает все количество живых организмов планеты как единое целое.

Почвы – важнейший компонент биосферы, оказывающий наряду с Мировым океаном решающее влияние на всю глобальную экосистему в целом.

Выделяют по различным признакам множество типов почв. Под типом почв понимается большая группа почв, формирующихся в однородных условиях и характеризующаяся определенным почвенным профилем и направленностью почвообразования.

3. Живое вещество биосферы. Биорознооброзие биосферы как результат ее эволюции

В относительно короткие промежутки развития экосистем (сукцессии), так и в долговременной эволюции таких экосистем, как биосфера, на протекающие в них процессы оказывают влияние: I) аллогенные(внешние) факторы – геологические и климатические; 2) автогенные (внутренние) процессы, обусловленные только живым компонентом. Благодаря действию и взаимодействию этих факторов сформировалось биологическое разнообразие на внутривидовом, межвидовом и на биосферном уровнях.

Основа устойчивости биосферы (экосферы) – разнообразие составляющих ее экосистем.

Древнейшая биосфера возникла в гидросфере, существовала в ее пределах и носила гетеротрофный характер. Но закон «всюдности жизни» диктовал свои условия и размножающиеся организмы осуществляли экспансию в, различные области обитания. Экспансия и «давление» отбора, обусловленные еще и скудностью пищи, в конечном итоге привели к возникновению фотосинтеза около 3,5 млрд лет назад.

Первыми автотрофами стали прокариоты – синезеленые водоросли и, возможно, цианобактерии. Затем 1,5–2 млрд лет тому назад появились первые одноклеточные эукариоты и, в результате изначального господства г-отбора, произошел . мощный популяционный взрыв автотрофных водорослей, что привело к избытку в воде кислорода и к его выделению в атмосферу. Произошел переход восстановительной атмосферы в кислородную, что способствовало развитию эукариотических организмов и появлению многоклеточных около 1,4 млрд лет назад.

В начале кембрийского периода, примерно 600 млн лет назад, содержание кислорода в атмосфере достигло 0,6%, а затем произошел новый эволюционный взрыв – появились новые формы жизни – губки, кораллы, черви, моллюски. Уже к середине палеозоя содержание кислорода впервые стало близко к современному, и к этому времени жизнь не только заполнила все моря, но и вышла на сушу. Растительный покров, достаточное количество кислорода и питательных веществ в дальнейшем привели к возникновению таких крупных животных, как динозавры, млекопитающие и, наконец, человека. Но, несмотря на обилие автотрофов, в конце палеозоя, примерно 300 млн лет назад, произошло падение содержания кислорода в атмосфере до 5 % от современного уровня и повышение содержания углекислого газа. Это привело к изменению климата, снижению интенсивности процессов размножения и, как следствие, к бурному накоплению массы отмерших органических веществ, что создало запасы ископаемого топлива (каменный уголь, нефть). Затем содержание кислорода стало снова повышаться и с середины мелового периода, примерно 100 млн лет назад, отношение О₂/СО₂ близко к современному, хотя и испытывало колебания в определенных пределах.

Такое состояние легко изменить. Например, человек, создав избыток СО₂, может сделать это неустойчивое равновесие еще более нестабильным.

Сопряженная эволюция, или коэволюция, рассмотренная нами на внутри- и межвидовом уровнях, отличается тем, что при ней обмен генетической информацией минимален. На уровне сообществ можно рассматривать селективные воздействия между группами организмов, находящихся в экологическом взаимодействии: растения и растительноядные животные, крупные организмы и мелкие симбионты, паразит – хозяин, хищник – жертва и т. д. Особенно интересна сопряженность эволюции растений и насекомых фитофагов. Она приводит к тому, что растения синтезируют побочные вещества, совершенно не нужные для их роста и развития, но необходимые для защиты от насекомых фитофагов.

Эта способность растений, видимо, развивает у них устойчивость к инсектицидам. В естественных условиях растения и фитофаги, которые тоже приспосабливаются к их защите, эволюционируют вместе. Здесь работает «генетическая обратная связь», которая ведет к высокому разнообразию растений (например, в тропиках), к гомеостазу популяций и сообществ внутри экосистемы.

Групповой отбор – это естественный отбор в группах организмов, но не обязательно связанных тесными мутуалистическими связями. Он представляет собой подобие отбора генотипов в популяции, но вымирают не отдельные генотипы, а целые популяции и, с другой стороны, получают развитие новые популяции, для которых эти условия более благоприятны.

Групповой отбор тоже увеличивает разнообразие и устойчивость сообществ.

Сопряженная эволюция и групповой отбор повышают биоразнообразие экосистем, устанавливают определенные взаимоотношения между ними как между наземными, так и водными, и даже между обоими типами. Все это в целом ведет к повышению устойчивости биосферы как глобальной экосистемы.

О регулирующем воздействии биоты на окружающую среду

Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при любом воздействии на биосферу – природном или антропогенном – ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия.

Исследуя проблемы биологической регуляции окружающей среды, В. В. Горшков, В. Г. Горшков, В, И. Данилов-Даниль-ян и др. (1999) пришли к выводу, что в настоящее время в экологической науке извести» две основные концепции взаимодействия биоты и окружающей ее среды.

Согласно первой концепции – традиционной – окружающая среда пригодна для жизни в силу уникальных условий на поверхности Земли, а естественная биота приспосабливается к любой окружающей ее среде благодаря главному свойству жизни – способности к эволюции и непрерывной адаптации к меняющимся условиям среды.

Любые виды организмов, способные адаптироваться к окружающей среде и производить наибольшее количество потомков, могут составлять земную биоту.

Согласно традиционной концепции – изменение окружающей среды под воздействием человека – это определенный этап естественного эволюционного процесса – превращения биосферы в новую глобальную биосистему, а природное биоразнообразие – генетический ресурс человека, который следует сохранять лишь в заповедниках, зоопарках в генных банках. При этом безостановочный экономический рост возможен лишь за счет непрерывного расширения использования ресурсов биосферы.

По мнению В- Э- Горшкова и др. (1999), в традиционной концепции фактически игнорируются экологические ограничения на численность популяций биологических видов (в том числе человека), а также причины образования естественных сообществ, устойчивость сообществ и их среды обитания.

Во второй концепции основная роль отводится биотической регуляции окружающей среды. Биота Земли рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах. В случае прекращения регулирующего воздействия биоты физически неустойчивая окружающая среда быстро перейдет (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое состояние, в такое, как на Марсе или Венере, где жизнь невозможна.

В этой концепции главным свойством жизни считается способность видов к поддержанию тех условий окружающей среды, которые пригодны для существования биоты на любом экосистемном уровне, а не способность к непрерывной адаптации к изменяющимся условиям этой среды.

В качестве основных характеристик живого вещества биосферы В.И.Вернадский рассматривал суммарную массу, химический состав и энергию. Отметим наиболее важные аспекты сравнительного анализа этих характеристик живого вещества с подобными для остальных оболочек биосферы.

Суммарный химический состав живых организмов во многом отличается от состава атмосферы и литосферы. Он ближе к химическому составу гидросферы по абсолютному преобладанию атомов водорода и кислорода, но, в отличие от гидросферы, в организмах относительно велика доля углерода, кальция, азота, фосфора и серы.

Живое вещество в основном состоит из элементов, являющихся водными и воздушными мигрантами, т.е. образующих газообразные и растворимые соединения. Заслуживает внимания то обстоятельство, что 99,9% массы живых организмов приходится на те 14 элементов, которые преобладают и в земной коре, составляя в ней 96,9%, хотя и в других соотношениях. Таким образом, жизнь - это химическое производное литосферы. В организмах обнаружены почти все элементы таблицы Д.И.Менделеева, т.е. они характеризуются той же химией, что и неживая природа.

Биохимические процессы, осуществляющиеся в организмах, представляют собой сложные, организованные в циклы последовательности реакций. На воспроизведение их в неживой природе потребовались бы огромные энергетические затраты. В живых организмах они протекают при посредстве белковых катализаторов - ферментов, понижающих энергию активации реакций на несколько порядков величин. Материалы и энергию для обменных реакций живые существа черпают в окружающей среде. Они преобразуют среду уже только тем, что живут.

Все живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек земного шара. По современным вероятностным оценкам общее количество массы живого вещества в современную эпоху составляет порядка 2420 млрд.т. (Это одна десятимиллионная часть массы литосферы). Однако в качественном отношении живое вещество представляет собой наиболее высокоорганизованную часть материи Земли и наиболее активную форму материи. Оно производит гигантскую геохимическую работу в биосфере, полностью преобразив верхние оболочки Земли за время своего существования.

4. Геохимическая работа живого вещества.

Основная планетарная функция живого вещества заключается в создании органического вещества в ходе фотосинтеза, т.е. в связывании и запасании (порой на очень длительное время) солнечной энергии, которая затем идет на поддержание множества других геохимических процессов в биосфере. За время существования жизни на Земле живое вещество превратило в потенциальную энергию органических соединений огромное количество солнечной энергии; значительная часть ее в ходе геологической истории накопилась в связанном виде. Для современной биосферы характерны залежи угля и других органических веществ, образовавшихся в палеозое, мезозое и кайнозое.

В биосфере в результате жизнедеятельности организмов в больших масштабах осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). Микроорганизмы-восстановители гетеротрофны, используют в качестве источника энергии органические вещества. К ним относятся денитрифицирующие и сульфатредуцирующие бактерии, восстанавливающие из окисленных форм азот до элементарного состояния и серу до сероводорода. Микроорганизмы-окислители могут быть как автотрофами, так и гетеротрофами. Это бактерии, окисляющие сероводород и серу, нитри- и нитрофицирующие микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующие эти металлы в своих клетках.

Геологические результаты деятельности этих организмов проявляются в образовании осадочных месторождений серы, образовании в анаэробных условиях залежей сульфидов металлов, а в аэробных - окисление их и перевод в растворимое состояние, возникновение железных и железомарганцевых руд.

За счет жизнедеятельности огромного числа гетеротрофов, в основном грибов, животных и микроорганизмов, происходит гигантская в масштабах всей Земли, работа по разложению органических остатков. При деструкции органической массы протекают два параллельных процесса. Разложение органических соединений в конечном счете до углекислого газа, аммиака и воды, а в анаэробных условиях еще и до водорода и углеводородов представляет процесс минерализации. Продукты минерализации вновь используются автотрофами. Кроме того, в почве часть освобождающихся веществ ароматической природы под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов вновь конденсируется с образованием сложного комплекса соединений - почвенного гумуса (различные гумусовые кислоты и их соли) со значительным запасом энергии. Этот процесс стимулируется деятельностью многих почвенных групп гетеротрофов. Гумус является основой почвенного плодородия. Его разложение протекает в дальнейшем очень медленно, под влиянием определенной, автохтонной микрофлоры почв, чем достигается постоянство в обеспечении растений элементами минерального питания.

Природные воды, обогащенные этими продуктами минерализации, становятся химически высокоактивными и выветривают горные породы.
Процесс разложения органических веществ, при котором освобождается химическая энергия, характерен для всех частей биосферы, где есть живые организмы, тогда как фотосинтез протекает только на поверхности суши и в верхнем слое водоемов. Часть органического вещества, попадающего в условия, неблагоприятные для деятельности деструкторов, захоранивается и консервируется в составе осадочных пород, поэтому синтез органических веществ в масштабе всей биосферы не полностью уравновешивается их разложением.

Эта некоторая несбалансированность процессов синтеза и разложения органических веществ в биосфере определила кислородный режим современной воздушной оболочки Земли.

Кислород атмосферы накоплен за счет фотосинтеза. Единственный источник абиогенного поступления свободного кислорода - фотодиссоциация молекул воды в верхних слоях атмосферы - очень незначителен. Количество молекул О2, выделяемых зелеными растениями, пропорционально количеству связываемых молекул СО2. Выделенный кислород вновь используется на окисление углерода при минерализации органического вещества и дыхании организмов, но так как часть органических веществ захоранивается в осадочных породах, то эквивалентное количество О₂ остается в атмосфере. Значительная часть его идет на окисление минеральных веществ. С увеличением концентрации свободного кислорода в воздухе расход его на окисление минералов возрастает, с уменьшением - снижается.

В верхних слоях тропосферы под влиянием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана также результат деятельности живого вещества, которое, по выражению Вернадского, "как бы само создает себе область жизни".

Углекислый газ поступает в атмосферу за счет дыхания всех организмов. Второй, менее мощный его источник - выделение по трещинам земной коры из осадочных пород за счет химических процессов, совершающихся под действием высоких температур; он также имеет биогенное происхождение. Часть углекислого газа поступает в атмосферу из абиогенного источника - непосредственно из мантии Земли при вулканических извержениях. Эта часть - лишь 0,01% от СО₂, выделенного живыми организмами. Расходуется углекислый газ в процессах органического синтеза, а также на выветривание горных пород и образование карбонатов. Содержание СО₂ в атмосфере в ранний период развития жизни было более высоким. В течение фанерозоя оно изменялось в достаточно широком диапазоне. В девоне и начале карбона, а также в перми, по новейшим подсчетам, оно превышало современный уровень в 6-10 раз, а начиная с середины мела неуклонно падает.

Азот атмосферы химически инертен, но и он участвует в процессах синтеза и распада органического вещества. Азот усваивают из атмосферы многие прокариотические организмы - азотфиксаторы; после их смерти он переходит в доступные растениям соединения и включается в цепи питания и разложения.

К газам органического происхождения относятся также сероводород, метан и множество других летучих соединений, создаваемых живым веществом. Продуцируя и потребляя газообразные вещества, организмы биосферы поддерживают постоянство состава воздушной оболочки Земли. Живое вещество перераспределяет атомы в биосфере. Многие организмы обладают способностью накапливать, концентрировать в себе определенные элементы, несмотря на часто ничтожное содержание их в окружающей среде, например литотамниевые водоросли накапливают в своих телах до 10% магния, в раковинах брахиопод содержится около 20% фосфора, в серных бактериях - до 10% серы. Многие организмы концентрируют кальций, кремний, натрий, алюминий, йод и т.д.; отмирая и захораниваясь в массе, они образуют скопления этих веществ. Возникают залежи таких соединений, как известняки, бокситы, фосфориты, осадочная железная руда и др.

Живое вещество активно участвует также в грандиозных процессах перемещения, миграции атомов в биосфере через систему больших и малых биогеохимических циклов.

5. Ноосфера кок новая стадия эволюции биосферы

Ноосфера («мыслящая оболочка», сфера разума) – высшая стадия развития биосферы. Это «сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития» (БСЭ, т. 18, с. 103).

Понятие «ноосфера» появилось в связи с оценкой роли человека в эволюции биосферы. Ценность учения В. И. Вернадского о ноосфере в том, что он выявил геологическую роль жизни, живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы и всего разнообразия живых существ в ней. Среди этих существ он выделил человека как мощную геоллогическую силу. Эта сила способна оказывать влияние на ход биогеохимических и других процессов в охваченной ее воздействием среде Земли и околоземном пространстве (пока «ближний» космос).

Воздействие человеческого общества, как единого целого на природу, по своему характеру резко отличается от воздействий других форм живого вещества. В. И. Вернадский писал: «Раньше организмы влияли на историю тех атомов, которые были нужны им для роста, размножения, питания, дыхания. Человек расширил этот круг, влияя на элементы, нужные для техники и создания цивилизованных форм жизни», что и изменило «вечный бег геохимических циклов» (Размышления натуралиста. Кн. 2, 1977).

Эти мысли В. И. Вернадского позволили ряду ученых допустить в дальнейшем и такой ход событий в эволюции биосферы, как коэволюцию между человеческим обществом и природной средой, в результате чего и возникнет ноосфера, но это будет происходить благодаря «новым формам действия живого вещества на обмен атомов живого вещества с косной материей». Он считал, что «геологически мы переживаем сейчас выделение в биосфере царства разума, меняющего коренным образом и ее облик, в ее строение, – ноосферы».

Ноосфера – естественное и необходимое следствие человеческих усилий. Это преобразованная людьми биосфера соответственно познанным и практически освоенным законам ее строения и развития. Рассматривая такое развитие биосферы в ноосферу с позиций системного подхода, можно заключить, что ноосфера – это новое состояние некоторой глобальной суперсистемы как совокупности трех мощных подсистем: «человек», «производство» и «природа», как трех взаимосвязанных элементов при активной роли подсистемы «человек» (Прудников, 1990).

Становление ноосферы, по В. И. Вернадскому, процесс длительный, ряд ученых полагают, что человечество уже вступило в период ноосферы. Прогресс человеческого разума и научной мысли ноосферы налицо: они вышли уже за пределы биосферы Земли, в космос и глубины литосферы (сверхглубокая Кольская скважина). По мнению многих ученых – ноосфера в будущем станет особой областью Солнечной системы.

«Биосфера перейдет так или иначе, рано или поздно в ноосферу... На определенном этапе развития человек вынужден взять на себя ответственность за дальнейшую эволюцию планеты, иначе у него не будет будущего», – утверждал В. И. Вернадский.

Лекция № Антропогенные экосистемы

План

1. Человек и экосистемы

2. Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)

3. Индустриально - городские системы

1. Человек и экосистемы

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы.

Освоив сельскохозяйственную модель, человек исторически подошел к промышленной революции, которая началась всего 200 лет назад, и до современного комплексного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели (рис. 10.1). На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого.

Энергия — это изначальная движущая сила экосистем, причем всех — и природных и антропогенных. Энергетические ресурсы этих систем могут быть неисчерпаемы — солнце, ветер, приливы и исчерпаемы — топливно-энергетическими (уголь, нефть, газ и т. п). Используя топливо, человек может добавлять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать энергией. Опираясь на эти энергетические особенности существующих систем, Ю. Одум (1986) предложил их классификацию, приняв энергию за основу, и выделил «четыре фундаментальных типа экосистем:

1. Природные: движимые Солнцем, несубсидируемые.

2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками.

3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.

4. Индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным)».

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее.

Первые два типа — это природные экосистемы, а третий и четвертый следует отнести к антропогенным. К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля.

Ко второму типу экосистем относят эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т. е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра.

Природные экосистемы «работают» на поддержание своей жизнеспособности и собственного развития без всяких забот и затрат со стороны человека, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других материалов, необходимых уже для жизни самого человека. Но главное, именно здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др. Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним уже с полным правом можно отнести третий тип — это агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком.

Эти системы походят на природные, поскольку саморазвитие культурных растений в период вегетации — это процесс природный и вызван к жизни природной солнечной энергией. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая и др. — это уже энергетические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается, прежде всего, в ее упрощении, т. е. снижении видового разнообразия, вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики — природные плюс субсидируемые человеком и, тем не менее, самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем.

Совсем по-другому обстоит дело в экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально-городские системы — здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах — здесь ее расход на два-три порядка выше.

Экосистемы третьего и четвертого типа не могут существовать без природных систем, в то время как природные экосистемы могут существовать без антропогенных.

2. Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)

Главная цель создаваемых сельхозсистем — рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека — источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов. Сюда же относятся специально культивируемые человеком виды, являющиеся объектами сельскохозяйственного производства: рыбоводства, звероводства, специального выращивания лесных культур, а также виды, используемые для промышленных технологий.

Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая – чистой продукции автотрофов. Обобщая все уже сказанное выше об агроэкосистемах, подчеркнем следующие их основные отличия от природных

1. В них резко снижено разнообразие видов: снижение видов культивируемых растений снижает и видовое разнообразие животного населения биоценоза; видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным; культурные пастбища (с подсевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля.

2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека.

3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной.

4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи, всячески пресекаются человеком.

5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов — это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерные сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека.

Упрощение природного окружения человека, с экологических позиций, очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.

3. Индустриально - городские системы

Процессы урбанизации

Урбанизация - это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов и развития общества. Рост численности населения и его плотности - характерная черта городов. Исторически самым первым городом с миллионным населением был Рим во времена Юлия Цезаря (44-10гг.). Самым большим городом мира в наше время является Мехико - 14 млн. человек.

Плотность населения в городах, особенно крупных составляет от несколько тысяч до нескольких десятков тысяч человек на 1 квадратный км. Как известно, на человека не распространяется действие факторов, зависящих от плотности популяции, подавляющих размножение животных: интенсивность роста населения ими автоматически не снижается. Но объективно высокая плотность ведет к ухудшению здоровья, к появлению специфических болезней, связанных, например, с загрязнением среды, делает обстановку эпидемилогически опасной в случае вольного или невольного нарушения санитарных норм.

Особенно интенсивно протекают процессы урбанизации в развивающихся странах, о чем красноречиво свидетельствуют вышеприведенные показатели роста численности городов в ближайшие годы.

Человек сам создает эти сложные урбанистические системы, преследуя благую цель - улучшить условия жизни, и не только просто «оградившись» от литерующих факторов, но и создав для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. Однако это ведет к отрыву человека от естественной природной обстановки к нарушению природных экосистем.

Урбанистические системы

Урбанистическая система (урбосистема) - «неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем».

По мере развития города в нем все более дифференцируют его функциональные зоны - это промышленная, селитебная, лесопарковая.

Природные зоны - это территории сосредоточения промышленных объектов различных отраслей (металлургической, химической, машиностроительной, электронной). Она является основными источниками загрязнения окружающей среды.

Селитебные зоны - это территория сосредоточения жилых домов, административных зданий, объектов культуры, просвещения.

Лесопарковая - это зеленая зона вокруг города, окультуренная человеком, т.е. приспособленная для массивного отдыха, спорта, развлечения. Возможны ее участки и внутри городов, но обычно здесь городские парки - древесные насаждения в городе, занимающие достаточно обширные территории и тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от естественных лесов и даже лесопарков городские парки и подобные им более мелкие посадки в городе (скверы, бульвары) не являются самоподдерживающимися и саморегулируемыми системами.

Лесопарковая зона, городские парки и другие участки территории, отведенные в специально приспособленные для отдыха людей, называют рекреационными зонами (территориями, участками).

Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению инфраструктуры города. Значительное место начинает занимать транспорт и транспортные сооружения (автомобильные дороги, заправки, гаражи, станции обслуживания, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, а в том числе подземные - метрополитен; аэродромы с комплексом обслуживания и др.).

Транспортные системы пересекают все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю городскую среду (урбосреду).

Среда, окружающая человека в этих условиях, - это совокупность абиотической и социальных сред, совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно ее можно делить на собственную природную среду и преобразованную человеком природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусственного окружения людей - здания, асфальт дорог, искусственное освещение т.д., т.е. до искусственной среды).

В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа - это часть техносферы, т.е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.

Помимо наземной части ландшафта в орбиту хозяйственной деятельности человека попадает и его литогенная основа, т.е. поверхностная часть литосферы, которую принято называть геологической средой. Геологическая среда - это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственной деятельность человека . а городских территориях, в урбоэкосистемах, можно выделить группу систем, отражающую всю сложность взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системам. Они теснейшим образом связаны с антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и рельефом.

Таким образом, урбосистемы - это сосредоточение населения, жилых и промышленных зданий и сооружений. Существование урбосистем зависит от энергии горючих ископаемых и атомноэнергетического сырья, искусственно регулируется и поддерживается человеком.

Среда урбосистем, как ее географическая, так и геологическая части, наиболее сильно изменена и по сути дела стала искусственной, здесь возникают проблемы утилизации вовлекаемых в оборот природных ресурсов, загрязнения и очистки окружающей среды, здесь происходит все большая изоляция хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ и потока энергии в природных экосистемах. И, наконец, именно здесь наибольшая плотность населения и искусственная среда, которые угрожают не только здоровью человека, но и выживанию всего человечества. Здоровье человека - индикатор качества этой среды.

Лекция № 5 Экология и здоровье человека

План

1. Качество жизни, здоровье и окружающая среда

2. Заболеваемость населения

3. Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье человека

4. Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека

5. Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека

1. Качество жизни, здоровье и окружающая среда

Общие положения. Здоровье человека как биосоциального вида является не только биологической категорией, а есть важнейший показатель общественного прогресса. Здоровье необходимо рассматривать как общественное богатство не только в социальном, но и в экологическом смысле. Согласно определению Всемирной организации здравоохранения, здоровье человека – это состояние полного физического, духовного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней или физических дефектов, как это до сих пор достаточно широко распространено в общественном сознании.

В социально-экономическом аспекте здоровье характеризуется критериями физического и интеллектуального потенциала общества для создания материальных и духовных ценностей. Частное значение здоровья с точки зрения психофизиологии может отражать уровень физической и умственной работоспособности при осуществлении различных видов труда. В медико-биологических исследованиях для оценки здоровья используют показатели физического развития. Функции организма оценивают по показателям физической и умственной работоспособности, а адаптационные резервы – по показателям биохимического, гормонального и иммунного статусов.

Состояние человека характеризуется большим количеством показателей, основными из которых являются следующие:

1) заболеваемость;

2) смертность;

3) средняя продолжительность жизни;

4) физическое и умственное развитие;

5) инвалидность;

6) психологическая комфортность;

7) степень социального благополучия и др.

На протяжении человеческой истории перечисленные показатели претерпели существенные количественные изменения, особенно в прошедшем столетии. Если в начале ХХ века смертность в значительной мере была обусловлена инфекционными заболеваниями, то уже к средине века в нашей стране эти заболевания только на треть определяли смертность благодаря успехам медицины. К концу века влияние этой причины на общую смертность сократилось в 10-15 раз, в то время как на первое место вышли болезни системы кровообращения, а на втором оказались онкологические заболевания.

Понятие качества жизни. Здоровье человека в значительной степени определяется качеством жизни. В настоящее время нет общепринятого критерия качества жизни. Наиболее общую характеристику этого понятия дали шведские ученые Л. Леви и Л. Андерсон в докладе, подготовленном к Всемирной конференции ООН по народонаселению (1974), изданном затем в нашей стране отдельной книгой (Л. Леви, Л. Андерсон. Народонаселение, окружающая среда и качество жизни. – М.: Экономика, 1979), в которой качество жизни рассматривается как совокупность условий физического, умственного и социального благополучия с точки зрения отдельных индивидумов и социальной группы, включая понимание таких состояний, как счастье, удовлетворение потребностей и удовольствие.

Наряду с такой обобщенной оценкой качество жизни можно характеризовать с помощью отдельных компонент жизненной удовлетворенности: состояние здоровья, удачная женитьба, семейные и бытовые условия, работа, возможность получения образования или пребывания на природе, качество окружающей среды, возможность путешествовать и т. д.

Качество окружающей среды. В соответствии со ст. 5 Закона Российской Федерации «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» граждане России имеют право на благоприятную среду обитания (окружающую природную среду, условия труда, проживания, быта, отдыха, воспитания и обучения, питания), факторы которой не должны оказывать опасного и вредного влияния на организм человека настоящего и будущих поколений. Важную роль в воздействии на здоровье человека играют социально-экономические факторы среды. В целом тенденции изменения здоровья населения достаточно точно отражают уровень экономического развития и благосостояния страны. Многие проблемы здоровья имеют глубокие социально-экономические корни, включая региональные аспекты условий и уклада жизни различных народов, тот или иной путь социально-экономического развития, затрагивающий интересы различных слоев общества.

В современных условиях важнейшими факторами формирования здоровья населения России являются последствия кризисного состояния страны, охватившего значительные массы населения. Прежде всего среди этих последствий надо выделить социальную напряженность, в том числе страх перед возможной безработицей, крушение прежней системы ценностных ориентаций у значительной части населения страны, главными среди которых были семья, работа, общественное признание. Эта напряженность, по-видимому, не будет разрешена в ближайшее время из-за активных процессов социальной дифференциации, формирования имущественного неравенства и нерешенных вопросов социальной защиты большей части российского общества. Другим значимым последствием кризисного состояния страны следует назвать углубление экологического кризиса и связанные с ним опасности для здоровья человека нарушенной окружающей среды (загрязненные вода, воздух, почва и, следовательно, некачественные продукты питания и т.п.).

2. Заболеваемость населения

Определение понятия. Заболеваемость населения – показатель, статистически определяемый за некоторый период времени как количество впервые заболевших людей, приходящееся на 1, 10 или 100 тыс. человек населения. Статистика заболеваемости населения ведется как по отдельным видам болезней, так и по их группам (сердечно-сосудистые, онкологические, инфекционные и др.).

Заболеваемость – это объективное массовое явление возникновения и распространения патологии (от лат. – отклонение от нормы) среди населения, являющееся результатом воздействия генетических и экологических факторов и образа жизни. Все заболевания могут быть разделены на три вида:

1) являющиеся основными причинами смертности;

2) приводящие к различным жизненным ограничениям, включая инвалидность;

3) вызывающие кратковременные расстройства здоровья, которые ввиду массовости наносят значительный экономический ущерб обществу.

3.Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье человека

Общая характеристика. Качество окружающей среды существенно влияет на здоровье населения. Практически все химические вещества и физические излучения в той или иной степени оказывают вредное воздействие на здоровье людей, причем важным здесь является уровень их присутствия в окружающей среде (концентрация вещества, доза полученной радиации и т.п.). При неблагоприятном воздействии первостепенное значение имеют мутагенный и канцерогенный эффекты. Представляет опасность влияние загрязнения на детородную функцию и здоровье детей. Для большого числа химических веществ характерно воздействие на метаболическую, имунную и другие системы, выполняющие защитные функции организма; их изменение содействует развитию неинфекционных заболеваний, большая доля которых приходится на сердечно-сосудистые и онкологические болезни.

Как свидетельствуют экспериментальные и эпидемиологические исследования, экологические факторы даже при невысоком уровне воздействия могут вызывать значительные расстройства здоровья людей. Загрязнение среды, несмотря на относительно малые концентрации веществ, вследствие большой длительности воздействия (практически на протяжении всей жизни человека) может приводить к серьезным нарушениям в состоянии здоровья, особенно таких малоустойчивых групп, как дети, пожилые люди, больные хроническими болезнями, беременные женщины.

Наиболее опасные загрязнители окружающей среды. Большие объемы поступлений в окружающую среду разнообразных химических веществ, биологических агентов при низком уровне контроля промышленных, сельскохозяйственных, бытовых и прочих загрязнителей не позволяют установить достаточно четко меру опасности для здоровья техногенных загрязнителей, содержащихся в атмосферном воздухе или почве, питьевой воде или продуктах питания.

Однако принято считать, что по степени опасности для здоровья человека среди химических загрязнителей первенство в настоящее время принадлежит тяжелым металлам, хлорированным углеводородам, нитратам, нитритам и нитросоединениям, асбесту, пестицидам. Очень опасными для здоровья являются радионуклиды, токсины микроорганизмов, лекарственные средства (антибиотики и другие, как правило, синтетические химические соединения), а также ряд загрязнителей биологического происхождения: бактерии, вирусы, грибковые, простейшие и паразиты.

Наиболее опасными и токсичными из тяжелых металлов являются кадмий, ртуть и свинец. Установлена связь между количеством обнаруженных в воде и почве кадмия, свинца, мышьяка и уровнями заболеваемости злокачественными новообразованиями различных форм среди населения экологически неблагополучных районов.

Загрязнение кадмием пищевых продуктов, как правило, происходит из-за загрязнения почвы и питьевой воды сточными водами и другими отходами промышленных предприятий, а также при использовании фосфорных удобрений и пестицидов. В воздухе сельских местностей концентрация кадмия в 10 раз превышает уровни естественного фона, а в городской среде нормативы могут быть превышены до 100 раз. Больше всего кадмия человек получает с растительной пищей.

Ртуть, как другой биоцид, относящийся к тяжелым металлам, имеет два типа кругооборота в природе. Первый связан с естественным природным обменом элементарной (неорганической) ртути, второй, так называемый локальный, обусловлен процессами метилирования неорганической ртути, поступающей в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека. Ртуть применяется в производстве каустической соды, бумажной массы, синтезе пластмасс, в электротехнической промышленности. Широкое применение ртуть имеет в качестве фунгицидов для протравливания посевного материала. Ежегодно до 80 тыс. т ртути в виде паров и аэрозолей выбрасывается в атмосферу, откуда она и ее соединения мигрируют в почву и водоемы.

В современных условиях основным источником загрязнения окружающей среды соединениями свинца является использование этилированного бензина. Естественно, что наибольшие концентрации свинца обнаруживаются в атмосферном воздухе городов и вдоль крупных автострад. В дальнейшем при включении в пищевые цепи свинец может поступать в организм человека с продуктами как растительного, так и животного происхождения. Свинец способен накапливаться в организме, особенно в костной ткани. Имеются сведения о влиянии свинца на рост заболеваний сердечно-сосудистой системы. Экспериментальные данные свидетельствуют, что для развития рака в присутствии свинца требуется в 5 раз меньшее количество канцерогенных углеводородов.

Большую опасность для здоровья человека представляют и лекарственные препараты, в основном антибиотики, широко применяемые в животноводстве. Значимость загрязнения ими продуктов животноводства связана с ростом аллергических реакций у людей на лекарственные препараты. В настоящее время для нужд сельского хозяйства используется 60 наименований антибиотиков отечественного производства. Гораздо более опасны из-за возможного включения в трофические цепи пестициды. В настоящее время разрешены для применения в сельском хозяйстве 66 различных пестицидов, обладающих помимо специфического действия на сельскохозяйственных вредителей неблагоприятными отдаленными последствиями различного рода (канцерогенным, эмбриотоксическим, тератогенным и др.). По данным Национальной академии наук США, токсикологи обладают относительно полной информацией о влиянии на здоровье лишь 10% используемых сейчас пестицидов и 18% используемых лекарств. По меньшей мере 1/3 пестицидов и лекарств не проходит никаких испытаний на токсичность. В отношении всех используемых в мире химикатов проблема еще серьезнее: 80% из них не проходили никаких испытаний.

Общеизвестно, что далеко не безвредными для организма являются нитраты и нитриты. Нитраты, используемые в качестве минеральных удобрений, в самых высоких концентрациях встречаются в зеленых овощах, например, в шпинате, салате, щавеле, свекле, моркови, капусте. Особенно опасны высокие концентрации нитратов в питьевой воде, так как при их взаимодействии с гемоглобином нарушаются его функции переносчика кислорода. Возникают явления кислородного голодания с признаками одышки, асфиксии. В тяжелых случаях отравление может заканчиваться летальным исходом. Экспериментально доказано, что нитраты обладают также мутагенным и эмбриотоксическим действием.

Нитриты, представляющие собой соли азотистой кислоты, давно используются в качестве консерванта при изготовлении колбас, ветчины, мясных консервов. Другая опасность нахождения в продуктах питания нитритов заключается в том, что в желудочно-кишечном тракте под воздействием микрофлоры из нитритов образуются нитросоединения, обладающие канцерогенными свойствами.

Стойкими в экологических цепях оказываются радионуклиды, поступающие в организм человека также в основном с продуктами питания. Из продуктов расщепления урана стронций-90 и цезий-137 (имеющие период полураспада порядка 30 лет) представляют особую опасность: стронций вследствие своего сходства с кальцием очень легко проникает в костную ткань позвоночных, тогда как цезий накапливается в мускульных тканях, замещая калий. Они способны накапливаться в организме в количествах, достаточных для причинения ущерба здоровью, оставаясь в зараженном организме практически всю его жизнь и вызывая канцерогенные, мутагенные и другие заболевания.

1. Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека

Изначально Homo sapiens жил в окружающей природной среде, как и все консументы экосистемы, и был практически незащищен от действия ее лимитирующих экологических факторов.

Главными из ограничивающих факторов были гипердинамия и недоедание. Среди причин смертности на первом месте стояли патогенные (вызывающие болезни) воздействия природного характера. Особое значение среди них имели инфекционные болезни, отличающиеся, как правило, природной очаговостью.

Суть природной очаговости в том, что возбудители болезней, специфические переносчики и животные аккумуляторы, хранители возбудителя, существуют в данных природных условиях (очагах.) вне зависимости от того, обитает здесь человек или нет.

Природно-очаговые болезни являлись основной причиной гибели людей вплоть до начала XX в. Наиболее страшной из таких болезней была чума, смертность от которой во много раз превосходила гибель людей в бесконечных войнах средневековья и более позднего времени.

Чума — острое инфекционное заболевание человека и животных, относится к карантинным болезням. Возбудителем является чумной микроб в виде яйцевидной биполярной палочки. Эпидемии чумы охватывали многие страны мира. В VI в. до н. э. в Восточной Римской империи за 50 лет погибло более 100 млн человек. Не менее опустошительной была эпидемия в XIV в. С XIV в. чума неоднократно отмечалась в России, в том числе и в Москве. В XIX в. она «косила» людей в Забайкалье, Закавказье, в Прикаспии и даже в начале XX в. наблюдалась в портовых городах Черного моря, в том числе и в Одессе. В XX в. крупные эпидемии регистрировались в Индии.

Малярия — заболевание, вызываемое заражением паразитами рода Plasmodeum, передаваемое укусом зараженного малярийного комара. Это заболевание — экологическая и социально-экономическая проблема.

В 1955 г., по данным ЮНЕП (1979), число заболевших малярией составляло от 200 до 255 млн человек из 2,65 млрд, проживавших в то время в малярийных районах, и умирало ежегодно примерно 2 млн человек. Против комаров в 1943 г. начали применять ДДТ, особенно интенсивно — с 1956 г.

Чума и другие инфекционные болезни (холера, малярия, сибирская язва, туляремия, дизентерия, дифтерия, скарлатина и др.) уничтожали людей различного возраста, в том числе и репродукционного. Это обусловило достаточно медленный рост населения — первый миллиард жителей на Земле появился в 1860 г.

1. Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека

С медико-биологических позиций наибольшее влияние экологические факторы городской среды оказывают на следующие тенденции:

1) процесс акселерации,

2) нарушение биоритмов,

3) аллергизация населения,

4) poст онкологической заболеваемости и смертности,

5) рост доли лиц с избыточным весом,

6) отставание физиологического возраста от календарного,

7) «омоложение» многих форм патологии,

8) абиологическая тенденция в организации жизни и др.

Акселерация — это ускорение развития отдельных Органов или частей организма по сравнению с некой биологической нормой. В нашем случае — это увеличение размеров тела и значительный сдвиг во времени в сторону более раннего полового созревания.

Биологические ритмы — важнейший механизм регуляции функций биологических систем, сформировавшийся, как правило, под воздействием абиотических факторов, в условиях городской жизни могут нарушаться.

Аллергизация населения — одна из основных новых черт в измененной структуре патологии людей в городской среде. Аллергия — извращенная чувствительность или реактивность организма к Тому или иному веществу, так называемому аллергену (простые и сложные минеральные и органические вещества). Аллергены по отношению к организму бывают внешние — экзоаллергены и внутренние — аутоаллергены. Экзоаллергены могут быть инфекционными — болезнетворные и неболезнетворные микробы, вирусы и др. и неинфекционными — домашняя пыль, шерсть животных, пыльца растений, лекарственные препараты, другие химические вещества — бензин, хлорамин и т. п., а также мясо, овощи, фрукты, ягоды, молоко и др.

Причина аллергических заболеваний (бронхиальная астма, крапивница, лекарственная аллергия, ревматизм, волчан­ка красная и др.) — в нарушении иммунной системы человека, которая в результате эволюции находилась в равновесии с природной средой. Городская же среда характеризуется резкой сменой доминирующих факторов и появлением совершенно новых веществ — загрязнителей, давление которых ранее иммунная система человека не испытывала.

Онкологическая заболеваемость и смертность — одна из наиболее показательных медицинских тенденций неблагополучия в данном городе или, например, в зараженной радиацией сельской местности (Яблоков, 1989; и др.). Эти заболевания вызваны опухолями. Опухоли (греч. «onkos») — новообразования, избыточные патологические разрастания тканей. Они могут быть доброкачественными — уплотняющими или раздвигающими окружающие ткани, и злокачественными — прорастающими в окружающие ткани и разрушающими их. Разрушая сосуды, они попадают в кровь и разносятся по всему организму, образуя так называемые метастазы.

Доброкачественные опухоли метастазов не образуют.

Развитие злокачественных опухолей, т. е. заболевание раком, может возникнуть в результате длительного контакта с определенными продуктами: рак легких — у рудокопов урановых рудников, рак кожи — у трубочистов, и т. п. Это заболевание вызывается определенными веществами, называемыми канцерогенными.

Канцерогенные вещества (греч. «рождающие рак»), или просто канцерогены, химические соединения, способные вызвать злокачественные и доброкачественные новообразования в организме при воздействии на него. Их известно несколько сот. По характеру действия они разделяются на три группы:

1) местного действия;

2)органотропные, т. е. поражающие определенные органы;

3) множественного действия, вызывающие опухоли в разных органах. К канцерогенам относятся многие циклические углеводороды, азотокрасители, алкалирующие соединения. Они содержатся в загрязненном промышленными выбросами воздухе, в табачном дыме, каменоугольной смоле и саже. Многие канцерогенные вещества оказывают мутогенное воздействие на организм.

Помимо канцерогенных веществ опухоли вызывают еще и опухолеродные вирусы, а также действие некоторых излучений — ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного и др.

В экономически развитых странах смертность от рака стоит на втором месте.

Инфекционные болезни тоже неискоренены в городах. Количество людей, пораженных малярией, гепатитом и многими другими болезнями, исчисляется огромными цифрами. Многие медики считают, что следует говорить не о «победе», а лишь о временном успехе в борьбе с этими болезнями. Объясняется это тем, что слишком коротка история борьбы с ними.