3431

Общая экология сложных природных систем

Конспект

Экология и защита окружающей среды

Настоящее учебное пособие предназначено для обучения студентов специальности электронная техника по курсу «Общей Экологии». Главной задачей этого курса является выработка у обучаемых знания тех или иных экологических процессов, понятия мат...

Русский

2012-10-31

284.28 KB

83 чел.


Настоящее учебное пособие предназначено для обучения студентов специальности электронная техника по курсу «Общей Экологии». Главной задачей этого курса является выработка у обучаемых знания тех или иных экологических процессов; понятия математические модели, и проведения с их помощью анализа экологических ситуаций с целью исследования закономерностей функционирования экологических систем.

Предисловие

Проблемы экологической безопасности сегодня, как никогда, стоят перед человечеством. Антропогенная деятельность по инерции продолжает развиваться по принципу "максимальной эксплуатации" ресурсов природы, хотя люди уже начинают осознавать острую необходимость в осуществлении политики рационального природопользования.

Особенно остро это ощущается специалистами, работающими в энергетическом секторе, который является одним из основных источников выбросов "парниковых" газов и других вредных загрязняющих веществ. Еще совсем недавно проектирование поисково-разведочных работ на нефть и газ, разработка и эксплуатация нефтегазовых месторождений велись почти без учета экологических последствий от их осуществления. Это было вызвано еще и тем обстоятельством, что отсутствовали нормативная база, рекомендательные основы расчета прогноза явлений загрязнения в природных средах, сопутствующие процессам нефтегазового производства.

Лекция 1.

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ.

Вопрос 1. Предмет и задачи экологии

1. Экология как наука. Ее взаимосвязь с другими науками.

2. Направления в экологии.

3. Задачи экологии.

1. Экология — наука, изучающая взаимоотношения между живыми организмами и средой обитания, находящимися в тесной взаимосвязи и взаимозависимости друг с другом. Термин "экология" (от греч. oikos — дом, logosнаука) предложил в 1866 г. немецкий зоолог Э. Геккель.

Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, но постепенно пришло понимание того, что человек, его образ мыслей и жизни, его судьба — все это неотделимо от окружающей среды и является ее частью. И его взаимоотношения с природой — воздействие на нее в процессе жизнедеятельности и обратное влияние оскудевшей природы на развитие человеческого общества — должны стать предметом специального изучения.

На современном этапе развития цивилизации экология представляет собой сложную комплексную дисциплину, основанную на различных областях человеческих знаний:

• биологии;

• химии;

• физики;

• социологии;

• природоохранной деятельности;

• различных видов технологии и т. д.

Основным объектом изучения в современной экологии являются — экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, т. е. совокупности особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень).

Понятие сложного oбъeктa (системы).

Системный анализ, системная методология все глубже проникают в практику современных научных исследований и разработок, формирования комплексных программ для решения сложных научных и практических проблем  технических, социально-экономических, военных, экологических и т. п. Системный подход особенно эффективен при широком использовании ЭВМ и математических методов исследования и принятия решений, что, и свою очередь, требует создания математических моделей различных объектов материального мира.

Широко известны самые общие принципы и этапы исследований в рамках такой методологии: концептуализация, т. е. выбор или построение абстрактных моделей, отвечающих представлениям об объекте; идентификация моделей  наполнение их реальной информацией об объекте; машинные эксперименты с моделями и теоретические исследования, принятие решений. Однако практическая реализация этих этапов в значительной степени зависит от особенностей ис- следуемого объекта, степени его сложности, условий его наблюдения, сроков и т. п.

Будем исходить из представления о системе как о целостном множестве элементов (объектов), физических или(и) концептуальных, связанных взаимными отношениями. В ма- тематике, где понятия модели и системы отождествляются, в общем случае оперируют представлением о системе как о совокупности двух произвольных множеств А, В и отношения S: (А, В, S). Отношение S является подмножеством декартова произведения: 

 .

В частности, это может быть оператор (отображение)

.

Последнее понятие менее общее, однако, вполне достаточное и удобное для многих целей. Класс объектов, для которых характерна уникльность, и невозможность или нежелательность, по каким-либо причинам натурных экспериментов, будем называть их сложными объектами, ограничивая действие это- го не слишком оригинального термина лишь рамками данного изложения, поскольку четкое общепринятое определение интуитивного понятия сложного объекта (или сложной системы) пока не известно.

2. В настоящее время экология разделилась на несколько направлений и научных дисциплин:

аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельных организмов (видов, особей) с окружающей их средой;

популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов;

синэкологию (биоценологию), изучающую взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой;

социальную экологию, исследующую взаимодействия и взаимосвязи человеческого общества с природной средой; разрабатывающую научные основы рационального природопользования, предполагающие охрану природы и оптимизацию жизненной среды человека;

экологию человека, рассматривающую общие законы взаимоотношения биосферы и антропосистемы, влияние природной среды на отдельного человека и группы людей.

Для всех этих направлений главной задачей является изучение механизмов выживания, саморегуляции живых организмов и их сообществ, адаптации к меняющимся условиям среды, устойчивости экосистем и биосферы в целом.

В последнее время роль и значение биосферы как объекта анализа непрерывно возрастает. Это связано с резким усилением взаимного отрицательного влияния человека и среды, возросшей ролью экологических, социальных и нравственных аспектов по причине резко негативных последствий научно-технического прогресса и обострения экологической обстановки в масштабах всей планеты. Поэтому в настоящее время отмечается "экологизация" многих естественных, технических и гуманитарных наук; так появились: прикладная экология, которая изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов; геоэкология; промышленная экология; химическая экология; онкологическая экология; историческая экология; математическая экология; сельскохозяйственная экология и т. д.

Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая международное право), психологией и педагогикой, т. к. только в союзе с ними возможно преодолеть негативные последствия технического развития общества и выработать новый тип экологического сознания, коренным образом меняющий поведение людей по отношению к природе.

3. Задачи, которые ставятся перед экологией, весьма многообразны. В общетеоретическом плане к ним можно отнести:

• разработку общей теории устойчивости экологических систем;

• изучение экологических механизмов адаптации к среде;

• изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

• исследование продукционных процессов;

• исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

• моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:

• прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

• улучшение качества окружающей природной среды;

• сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

• оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Таким образом, экология становится одной из важнейших наук

будущего.

Вопрос 2. Уровни организации жизни.

1. Организация живой материи на клеточно-молекулярном уровне.

2. Организация живой материи на организационном и надорганизменном уровнях.

1. Мир живых существ, включая человека, представлен биологическими системами различной структурной организации и разного уровня соподчинения, или согласованности.

В настоящее время выделяют несколько уровней организации живой материи:

• молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования биологических молекул — биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.;

• клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Свободноживущих неклеточных форм жизни не существует;

• тканевой. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции;

• органный. Органы — структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей.

2. Экосистема изучает еще четыре уровня:

• организменный. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных для выполнения различных функций;

• популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования;

• биогеоценотический. Биогеоценоз — совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды их обитания;

 биосферный. Биосфера — система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходят круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

Свойства каждого отдельного уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Но объяснить это можно лишь частично на основе данных о свойствах каждого последующего биологического уровня исходя из свойств отдельных составляющих его более низких уровней. Такое явление называют эмерджентностью наличием у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме других элементов, не объединенных системообразующими сетями.

Вопрос 3. Среда обитания. Условия и факторы среды.

1. Среда обитания: водная, наземно-воздушная, почвенная и среда как живой организм.

2. Условия и факторы среды: абиотические, биотические и антропогенные факторы.

1. На Земле существует четыре основные среды обитания, освоенные и заселенные организмами. Это — водная, наземно-воздушная, почвенная и, наконец, среда, образуемая самими живыми организмами. Каждая из них имеет свои специфические условия жизни.

Водная среда характеризуется жидким агрегатным состоянием и в зависимости от глубины может быть как аэробной (поверхностные слои различных водоемов), так и анаэробной (на больших глубинах океана, в водоемах с высокой температурой). Эта среда — более плотная, чем воздушная, более благоприятная с позиции добычи организмом воды и ее сохранением в нем, а также более богата пищевыми ресурсами. В водной среде в далеком геологическом прошлом зародилась жизнь.

Формы организмов, живущих в воде, многообразны; среди них существуют такие, которые дышат кислородом как растворенным в воде, так и содержащимся в атмосфере, а также анаэробные организмы. В данной среде живут различные простейшие, водоросли, рыбы, членистоногие, моллюски, иглокожие и представители других типов и классов животного и растительного мира.

Наземно-воздушная среда в ходе эволюции освоена позже водной, она более сложна и требует более высокого уровня организации живого. Здесь существенную роль играют температура воздуха, содержание кислорода, влажность, погода, интенсивность света, что особенно важно для растений. Это аэробная среда, в которой осуществляется интенсивный обмен газов и воды, которая необходима для жизнедеятельности живых существ. Поэтому живущие в данной среде организмы приспособлены к добыванию и сохранению влаги, а животные обладают способностью к достаточно быстрому и активному перемещению. В этой среде живут птицы, многие виды членистоногих, млекопитающие, различные виды покрытосеменных и т. п.

Почва как среда обитания множества микро- и макроорганизмов, а также корней растений имеет свои экологические особенности. В почве первостепенное значение имеют такие факторы, как структура, химический состав и влажность, а вот свет или резкие колебания температуры практически не играют роли. Обитателей почвенной среды называют эдофобиантами или геобионтами. Здесь можно встретить разнообразных представителей типа простейших, различные водоросли, грибы, многообразные виды различных червей, моллюсков, различных представителей высших животных. Почва является субстратом различных видов высших растений, для которых характерна наземная среда.

Живой организм представляет собой специфическую среду обитания для паразитов и симбионтов. Главную роль здесь играет обилие пищи, относительная стабильность условий, защищенность от неблагоприятных внешних факторов, но в то же время и активное сопротивление организма-хозяина.

2. Условия и факторы среды взаимосвязанные понятия, которые характеризуют среду обитания организмов. Условия среды обычно определяются как экологические факторы, оказывающие влияние (положительное или отрицательное) на существование и географическое распространение живых существ.

Экологические факторы очень многообразны как по своей природе, так и по воздействию на живые организмы. Условно все факторы среды подразделяются на три основные группы — абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Это прежде всего климатические: солнечный свет, температура, влажность, и местные: рельеф, свойства почвы, соленость, течения, ветер, радиация и т. д. Эти факторы могут влиять на организмы прямо, т. е. непосредственно, как свет или тепло, либо косвенно, как, например, рельеф, который обуславливает действие прямых факторов — освещенности, увлажнения, ветра и пр.

Биотические факторы — это всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга и на среду. Биотические взаимоотношения имеют чрезвычайно сложный и своеобразный характер и также могут быть прямыми и косвенными.

Антропогенные факторы — это все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов, или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных.

В свою очередь, организмы сами могут оказывать влияние на условия своего существования. Например, наличие растительного покрова смягчает суточные колебания температуры вблизи поверхности Земли, колебания влажности и ветра, а также влияет на структуру и химический состав почв.

Все имеющиеся в природе экологические факторы воздействуют на жизнь организмов по-разному и имеют различную степень важности для отдельных видов. В то же время набор факторов и их значимость для организмов зависят от среды обитания.

Вопрос 4. Интенсивность действия факторов среды

  1.  Свойства среды.
  2.  Зона оптимума.
  3.  Диапазон действия различных факторов.

1. Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени. Таковы сила тяготения, интенсивность солнечного излучения, солевой состав океана, газовый состав и свойства атмосферы. Большинство же экологических факторов — температура, влажность, ветер, количество и равномерность выпадения осадков, укрытия, хищники, паразиты, конкуренты и пр. — очень изменчиво как в пространстве, так и во времени. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно колеблется на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в пещерах. Паразиты живут в условиях избытка пищи, тогда как свободно живущие хищники часто испытывают голод.

2. Популяции организмов, обитающих в какой-то определенной среде, приспосабливаются к изменчивости факторов путем естественного отбора; у них вырабатываются те или иные морфологические и физиологические особенности, позволяющие существовать именно в этих и ни в каких других условиях. Для каждого влияющего на организм фактора существует благоприятная сила воздействия, называемая зоной оптимума экологического фактора или просто его оптимумом. Отклонение от оптимальной интенсивности действия фактора (уменьшение или увеличение) на организмы определенного вида действует угнетающе их жизнедеятельность. Границы, за пределами которых наступает гибель организма, называются верхним и нижним пределом выносливости.

3. На организм одновременно влияют многочисленные факторы среды.

По отношению к одним факторам организмы обладают большой выносливостью и выдерживают значительные отклонения их интенсивности от оптимальной величины. К другим — организмы менее приспособлены и могут вынести лишь небольшие изменения.

В зависимости от факторов среды различают виды организмов: тепло- и холодолюбивые, влаго- и сухолюбивые, приспособленные к высокой или низкой солености воды. Например, для водных животных большое значение имеет концентрация кислорода в воде. Некоторые же виды могут существовать лишь в узких пределах колебаний содержания кислорода.

Различается отношение организмов и к нахождению в среде химических элементов. Например, на бедных азотом почвах растет клевер. Крапива же поселяется только на почвах, богатых азотом. Организмы с большим диапазоном выносливости ко всем факторам среды распространены более широко.

На разных этапах онтогенеза организмы могут проявлять неодинаковую выносливость к тому или иному фактору. Например, у бабочек мельничной огневки — одного из вредителей муки и зерновых продуктов — критическая минимальная температура для гусениц 7оС, для взрослых форм —22°С, а для яиц —27°С. Мороз в — 10°С погубит гусениц, но будет безвреден для яиц и взрослых форм.

Отклонение интенсивности одного какого-либо фактора от оптимальной величины может сузить пределы выносливости к другому. Фактор, находящийся в недостатке или избытке по сравнению с оптимальной величиной, называется ограничивающим, поскольку он делает невозможным процветание вида в данных условиях. Впервые на существование ограничивающих факторов указал немецкий химик Ю. Либих (1803—1873). Ограничивающими распространение факторами могут быть и биотические отношения: занятие территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Для распространения видов большое значение имеют два показателя: температурный порог развития и сумма эффективных температур. Под эффективной температурой понимают разницу между температурой среды и температурным порогом развития.

И пороги развития, и сумма эффективных температур для каждого вида свои. Они обусловлены исторической приспособленностью вида к определенным условиям жизни.

Многие факторы становятся ограничивающими в период размножения. Пределы выносливости семян, яиц, эмбрионов, личинок обычно уже, чем доля взрослых растений и животных.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практическом отношении. Так, пшеница плохо растет на кислых почвах, а внесение в почву извести позволяет значительно повысить урожайность.

Вопрос 5. Понятие популяции

1. Понятие популяции.

2. Размеры ареала.

3. Численность особей.

4. Возрастная структура.

5. Половой состав.

1. В природных условиях организмы одного вида расселены неравномерно. В результате вид распадается на группировки или популяции, соответствующие зонам более плотного заселения. Радиусы индивидуальной активности отдельных особей ограничены. Так, виноградная улитка способна преодолеть расстояние в несколько десятков метров, ондатра — в несколько сотен метров, песец — в несколько сотен километров. Благодаря этому размножение (репродуктивные ареалы) в основном связано с территориями, где повышенная плотность организмов.

Вероятность случайных скрещиваний (панмиксии), обуславливающих из поколения в поколение эффективную перекомбинацию генов, внутри "сгущений" оказывается выше, чем в зонах между ними, а также для вида в целом. Таким образом, в репродуктивном процессе генофонд вида представлен генофондами популяций.

Популяцией называют минимальную самовоспроизводящуюся группу особей одного вида, населяющих определенную территорию (ареал) достаточно долго (в течение многих поколений). В популяции фактически осуществляется сравнительно высокий уровень панмиксии, и она в определенной степени отделена от других популяций той или иной формой изоляции.

2. Экологически популяция характеризуется величиной, оцениваемой по занимаемой территории (ареалу), численности особей, возрастному и половому составу.

Размеры ареала зависят от радиусов индивидуальной активности организмов данного вида и особенностей природных условий на соответствующей территории.

3. Численность особей в популяциях организмов разных видов различается. Существуют минимальные значения численности, при которых популяция способна поддерживать себя во времени. Сокращение численности ниже этого минимума приводит к вымиранию популяции.

Величина популяции постоянно колеблется, что зависит от изменений экологической ситуации. Так, осенью благоприятного по кормовым условиям года популяция диких кроликов на одном из островов у юго-западного побережья Англии состояла из 10000 особей. После холодной малокормной зимы число особей снизилось до 100.

4. Возрастная структура популяций организмов разных видов варьируется в зависимости от продолжительности жизни, интенсивности размножения, возраста достижения половой зрелости.

В зависимости от вида организмов она может быть то более, то менее сложной. Так, у стадных млекопитающих, например дельфинов-белух Delphinapterus leucas, в популяции одновременно находятся детеныши текущего года рождения, подросший молодняк прошлого года рождения, половозрелые, но, как правило, не размножающиеся животные в возрасте 2—3 лет, взрослые размножающиеся особи в возрасте 4—20 лет. С другой стороны, у землероек Sorex весной рождаются 1—2 приплода, вслед за чем взрослые особи вымирают, так что осенью вся популяция состоит из молодых неполовозрелых животных.

5. Половой состав популяций обуславливается эволюционно закрепленными механизмами формирования первичного (на момент зачатия), вторичного (на момент рождения) и третичного (во взрослом состоянии) соотношений полов. В качестве примера рассмотрим изменение полового состава популяции людей. На момент рождения оно составляет 106 мальчиков на 100 девочек, в возрасте 16—18 лет выравнивается, в возрасте 50 лет насчитывает 85 мужчин на 100 женщин, а в возрасте 80 лет — 50 мужчин на 100 женщин.

(назад)

Лекция 2.

2. ПОПУЛЯЦИИ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ. ДИНАМИКА ПОПУЛЯЦИЙ. БИОГЕОЦЕНОЗ.

Вопрос 6. Свойства популяционной группы.

  1.  Свойства популяции;
  2.  Обилие;
  3.  Плотность популяции.

1. Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих ее организмов, но и собственными, которые присущи группе особей в целом. Как и отдельный организм, популяция растет, дифференцируется, поддерживает сама себя, имеет определенный жизненный цикл.

Однако групповые свойства, например рождаемость, смертность, возрастной состав и численность особей, могут характеризовать только популяцию в целом. Отдельный организм рождается, стареет и умирает. А применительно к особи нельзя говорить о рождаемости, смертности, возрастной структуре, численности — характеристиках, имеющих смысл только на групповом уровне.

2. Наилучшим образом популяцию как группу организмов характеризует обилие определенное число особей на данной площади. Мерой обилия особей какой-либо популяции может быть общая численность популяции, или ее общая масса. Однако численность организмов, обитающих в не доступных для прямого наблюдения условиях, трудно определить с высокой долей вероятности. В этом случае обычным показателем, который используют для суждений об убывании или возрастании численности популяции, является плотность.

3. Плотность популяции — это число особей, или их биомасса, приходящаяся на единицу площади или объема жизненного пространства. Примерная плотность популяции может быть: 500 деревьев на 1 га леса; 5млн особей хлореллы на 1 м3 воды; или 200 кг рыбы на 1 га поверхности водоема. Измерением плотности пользуются в тех случаях, когда важнее знать не конкретную величину популяции в тот или иной момент времени, а ее динамику, т. е. ход изменений численности во времени. Плотность в данных случаях служит мерой относительного обилия.

Мерой обилия могут также являться и показатели, отнесенные не к единице пространства, а к единице времени, например число птиц, отмеченных в течение часа, или количество рыб, выловленных за сутки. Относительные показатели такого рода, в т. ч. показатели плотности, называют индексами численности.

Вопрос 7. Динамика популяции

1. Динамика популяции;

2. Рост популяции

3. Колебания численности популяции;

4. Регуляция численности популяции.

1. Динамика популяции — это процессы изменений ее основных биологических показателей во времени. Главное значение в изучении динамики популяции придается изменениям численности, биомассы и популяционной структуры. Динамика популяции — одно из наиболее значимых биологических и экологических явлений. Можно сказать, что жизнь популяции проявляется в ее динамике.

Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она как бы приспосабливается к изменяющимся условиям жизни.

В ходе эволюции популяции живых организмов обретают различные свойства. Некоторые из них приспособлены к существованию в суровых, но стабильных условиях, например в пустынях (саксаул), полупустынях (тамариск), тундрах (некоторые виды мхов). Популяции таких организмов не приспособлены к резким изменениям условий жизни, они крайне чувствительны к возрастающему воздействию человека, легко уязвимы и трудно поддаются восстановлению.

Популяции других организмов, обитающих в зонах умеренного климата, в особенности популяции однолетних животных (большинство насекомых) и растений (некоторые виды трав), способны выдерживать значительные нарушения условий жизни.

2. Такие показатели, как рождаемость, смертность и возрастная структура, весьма важны, но ни по одному из них нельзя судить о росте популяции в целом. Между тем представления о росте популяций необходимы для понимания их способностей к восстановлению численности, а также для уяснения некоторых свойств динамики. Характер увеличения численности популяции может быть различным. В связи с этим выделяют два типа роста популяиии:

• плотность популяции увеличивается с возрастающей скоростью до тех пор, пока не начинают действовать факторы, ограничивающие ее рост (ограничение может быть связано с полным использованием потребляемых популяцией ресурсов или с иными видами ограничений);

• популяция вначале увеличивается медленно, затем быстрее, но вскоре под влиянием сопротивления среды рост замедляется. В конце концов достигается равновесие, которое и сохраняется.

3. Когда рост популяции завершен, ее численность начинает совершать колебания вокруг некоторой более или менее постоянной величины. Часто эти колебания бывают вызваны сезонными или годовыми изменениями условий жизни (например изменениями температуры, влажности, пищевой обеспеченности). Иногда их можно рассматривать как случайные.

У некоторых популяций колебания численности носят правильный циклический характер. Наличие подобных колебаний связано с действием механизмов популяционной регуляции.

Причинами резких колебаний численности популяций некоторых организмов могут быть различные абиотические и биотические факторы. Иногда эти колебания хорошо согласуются с изменениями климатических условий. Однако в ряде случаев влиянием внешних факторов невозможно объяснить изменения численности. Причины, вызывающие колебания численности популяций, могут заключаться в них самих; тогда говорят о внутренних факторах популяционной динамики.

4. Известны случаи, когда в условиях перенаселения у ряда млекопитающих происходят резкие изменения физиологического состояния. Такие изменения прежде всего затрагивают органы нейроэндокринной системы, сказываясь на поведении животных, изменяя их устойчивость к заболеваниям и другим видам стресса.

Иногда это приводит к повышенной смертности особей и снижению плотности популяции. Такие механизмы несомненно могут быть отнесены к внутренним регуляторам численности: они срабатывают автоматически, как только плотность превысит некоторое пороговое значение. В целом все факторы, оказывающие влияние на численность популяции (не важно, ограничивающие или благоприятствующие воспроизводству популяции), разделяют на две большие группы:

• не зависящие от плотности (их влияние не зависит от величины популяции);

• зависящие от плотности (их влияние на популяцию есть функция плотности).

Вторую группу факторов. часто называют регуляторными, или управляющими плотностью.

Действие абиотических, например климатических факторов, часто (но не всегда) не зависит от плотности популяции, тогда как действие биотических факторов (конкуренции, хищничества, паразитизма) часто (но также не всегда) от нее зависит.

Факторы, влияние которых зависит от плотности, действуют подобно регулятору числа оборотов двигателя. По этой причине их рассматривают как один из главных механизмов, предотвращающих перенаселение.

Не следует думать, что наличие регуляторных механизмов должно всегда стабилизировать численность. В некоторых случаях их действие способно приводить к циклическим колебаниям численности даже при постоянных условиях жизни.

Вопрос 8. Биоценоз и его устойчивость

  1.  Понятие биоценоза;
  2.  Видовая структура биоценоза;
  3.  Распределение видов в пространстве;
  4.  Экологическая ниша;
  5.  Устойчивость биоценоза;
  6.  Биомы.

1. Взаимодействие популяций определяет характер функционирования следующего, более высокого уровня организации живого — биотического сообщества, или биоценоза. Биоценозы, как и популяции, — это надорганизменный уровень организации жизни. Под биоценозом понимается биологическая система, представляющая собой совокупность популяций разных видов, сосуществующих в пространстве и времени.

В природе биоценозы бывают разного масштаба. Это может быть биоценоз разрушающегося пня, хвойного леса или созванный человеком — аквариум, террариум, оранжерея. Во всех случаях мы выделяем такое сообщество организмов, в котором совместно живущие виды оказываются приспособленными к определенному комплексу абиотических условий и поддерживают свое существование через связи друг с другом. Более мелкие биоценозы являются в природе частями более крупных, как, например, все обитатели лесной поляны или ствола упавшего дерева — часть общего биоценоза леса, а прибрежные и донные биоценозы — части общего речного или озерного сообщества.

Биоценозы — не случайные собрания разных организмов. В сходных природных условиях и при близком составе фауны и флоры возникают сходные, закономерно повторяющиеся биоценозы.

2. Общее число видов, способных ужиться в одном биоценозе, в природе очень велико. Самые богатые видами — тропические леса. Их разнообразие до сих пор не описано достаточно полно. Приблизительно считают, что на площади в 1 км2 в них можно встретить несколько сотен тысяч видов растений и животных, не считая микроорганизмов и грибов. Но и в тех природных сообществах, которые формируются в достаточно суровых условиях, например в тундрах или высокогорьях, вместе живут тысячи видов организмов.

Члены биоценозов связаны прямыми или косвенными пищевыми отношениями, создают среду обитания друг друга и взаимно ограничивают численность.

Виды приспособились к совместному обитанию в ходе эволюции. В биоценозах идут процессы борьбы за существование и естественного отбора.

Виды, входящие в биоценоз, очень неравноценны по численности:

• одни из них массовые;

• другие — малочисленные;

третьи — совсем редкие.

Наиболее массовые виды биоценоза называют доминирующими видами. Они составляют основное ядро биоценоза. Ряд видов достигает высокой численности только периодически, временами включаясь в состав массовых. Наиболее разнообразны редкие и малочисленные виды.

Часть массовых видов — важные средообразователи, сильно влияющие на условия жизни для других. Малочисленные виды составляют резерв сообщества. В существующей обстановке они не могут реализовать своих возможностей размножения, но в изменившихся условиях в состоянии включиться в состав до-минантов или даже занять их место. Среди множества малочисленных видов всегда найдутся такие, для которых отклонение условий от средней нормы окажется благоприятным. Таким образом, биоценоз сохраняет свою устойчивость и не разрушается при разных погодных колебаниях и других внешних воздействиях, включая умеренные антропогенные.

Соотношение видов по численности создает видовую структуру биоценоза. Для каждого типа биоценоза она вполне закономерна.

3. Для биоценозов характерно также закономерное распределение видов в пространстве. Основу этого распределения формирует растительность. Растения создают в биоценозах ярусность, располагая друг под другом листву в соответствии со своей формой роста и светолюбивостью. В лесах умеренного климата может быть до пяти-шести ярусов растительности: древесные ярусы (высоких и низких деревьев), кустарниковый (подлесок), травяно-кустарничковый, моховой (или лишайниковый), подстилка (опад листвы). Малоярусные сообщества — луг, степь, болото — имеют по два-три яруса.

Ярусное строение фитоценоза дает растениям возможность более полно использовать ресурсы среды, прежде всего свет, тепло и влагу. Растения разных ярусов живут в разных условиях, что уменьшает конкуренцию и способствует увеличению видового разнообразия. Чем благоприятнее условия места обитания, тем сложнее ярусность.

Подземная ярусность представляет собой как бы зеркальное отражение надземной: корни наиболее высоких растений (деревьев) проникают глубже всех, корни низких (трав, кустарников) располагаются у поверхности почвы или прямо в подстилке. Наибольшая масса корней находится в верхних слоях почвы.

Животные также живут в отдельных ярусах растительности, но в силу своей подвижности разные виды животных могут осваивать сразу несколько ярусов. Белки, например, строят гнезда на деревьях, а собирать орехи, грибы, ягоды могут на земле.

По горизонтали сообщество также расчленяется на отдельные элементы — микрогруппировки, расположение которых отражает неоднородность условий жизни. Особенно хорошо это видно в структуре наземного (напочвенного) покрова — в наличии "мозаики" из различных микрогруппировок (например кочки или куртины трав; светолюбивые травы в "окнах", теневыносливые травы — под деревьями; пятна мхов или голого грунта). Моза-ичность, как и ярусность, обусловлена многими факторами (включая влияние человека), поэтому может служить признаком экологических нарушений в сообществе.

Биоморфологический спектр и пространственная структура сообщества являются показателями имеющегося в данном месте обитания разнообразия экологических ниш, богатства и полноты использования сообществом ресурсов среды, а также показателем относительной устойчивости сообщества и степени антропогенного влияния на него.

4. Как уже обсуждалось, виды уживаются в одном биоценозе в тех случаях, когда они расходятся по экологическим требованиям и ослабляют тем самым конкуренцию друг с другом. Таким образом, каждый вид использует ресурсы по-своему и имеет свои особенности связей с другими видами.

Положение, которое вид занимает в составе биоценоза, называется его экологической нишей. Экологическую нишу вида характеризуют и границы выносливости его по отношению к разным факторам, и характер связи с другими видами, и образ жизни, и распределение в пространстве.

Часто понятие "экологическая ниша" рассматривают как синоним понятия "место обитания", но понятие ниши значительно объемнее и содержательнее. Американский эколог Одум образно назвал место обитания — "адресом" организма (вида), а экологическую нишу — его "профессией".

На одном месте обитания живет большое количество организмов разных видов. Например, смешанный лес — это место обитания для сотен видов растений и животных, но у каждого из них своя и только одна "профессия" — экологическая ниша.

В лесу сходное место обитания имеют лось и белка, но ниши их совершенно разные: белка живет в основном в кронах деревьев, питается семенами и плодами, там же и размножается. Весь жизненный цикл лося связан с подпологовым пространством: питание зелеными растениями или их частями, размножение и укрытие в зарослях.

Элементы экологической ниши:

• пища (виды);

• время и способы питания;

• место размножения;

• место укрытия.

Экологические ниши существуют по определенным правилам:

• чем шире требования (пределы толерантности) вида к любому или многим экологическим факторам, тем больше то пространство, которое он может занимать в природе, а значит, тем шире его распространение;

• если режим любого, хотя бы одного экологического фактора в месте обитания особей одного вида изменился таким образом, что его значения выходят за пределы ниши, то это означает разрушение ниши, т. е. ограничение или невозможность сохранения вида в данном месте обитания. С понятием "экологическая ниша" связаны и другие важные закономерности — каждый вид имеет свою, только ему присущую экологическую нишу, т. е. сколько на Земле видов, столько и экологических ниш (2,2 млн видов живых организмов, из них 1,7 млн видов животных). Два разных вида (даже очень близких) не могут занимать одну экологическую нишу в пространстве;

• в каждой экосистеме имеются виды, которые претендуют на одну и ту же нишу или ее элементы (пищу, укрытия). В таком случае неизбежна конкуренция, борьба за обладание нишей. Подобные отношения отражает правило Гаузе: если два вида со сходными требованиями к среде (питанию, поведению, местам размножения) вступают в конкурентные отношения, то один из них должен погибнуть либо изменить свой образ жизни и занять новую экологическую нишу.

Экологическая ниша — это совокупность всех требований вида (популяции) к условиям среды (состав и режим экологических факторов) и место, где эти требования выполняются.

Экологические ниши совместно живущих видов могут частично перекрываться, но полностью никогда не совпадают, т. к. при этом вступает в действие закон конкурентного исключения.

5. Изменения, возникающие в биоценозах, по-разному связаны с их устойчивостью. Если, например, один конкурирующий вид вытесняет другой, существенных изменений в биоценозе не произойдет, особенно если этот вид не относится к числу массовых. Соответствующая экологическая ниша просто окажется занятой другим видом. Малочисленные виды — наиболее уязвимая часть биоценоза. Их популяции часто находятся на пределе выживаемости. Поэтому они в первую очередь исчезают из сообществ при антропогенных влияниях, ухудшающих условия существования биоценоза.

Потери редких и малочисленных видов также до определенного времени существенно не меняют основных биоценотических связей.

Выпадение из состава биоценоза основных видов-средообразователей ведет к разрушению всей системы и смене сообществ. Такие изменения в природе часто производит человек, вырубая леса, создавая излишний вылов рыб в водоемах и т. п. Внезапное разрушение прежде устойчивых сообществ — свойство сложных систем, у которых постепенно ослабевают внутренние связи. Знание этих закономерностей важно для создания искусственных сообществ и поддержания природных биоценозов. При восстановлении степей, лесов, посадке лесопарков стремятся создать сложную видовую и пространственную структуру сообществ, подбирая дополняющие друг друга и уживающиеся вместе виды; добиваются появления разнообразного круга малочисленных форм для стабилизации складывающегося сообщества.

Наземные экосистемы, относящиеся к одной природно-климатической зоне, имеют общую структуру доминирующей растительности и поэтому могут рассматриваться как единый, большой биогеоценоз — биом. Биомы являются основными объектами экологической географии. Они различаются по климату, по многим особенностям флоры и фауны, по биологическому разнообразию, но в пределах каждого биома можно встретить множество сходных по приспособлению форм животных и растений, хотя происхождение их различно.

Вопрос 9. Типы экологических взаимодействий.

  1.  Общая характеристика экологических взаимодействий;
  2.  Типы взаимоотношений.

1. В природных условиях каждый живой организм живет не изолированно, а среди множества других представителей живой природы. Взаимодействия между организмами, а также влияние их на условия жизни представляют собой совокупность биотических факторов среды. В сообществах организмы одной популяции могут питаться особями другой; могут использовать их как среду обитания; один из видов может испытывать на себе влияние продуктов жизнедеятельности другого. Все это непосредственные взаимодействия: их исход решается в ходе прямого контакта между особями.

Но разные организмы могут использовать один и тот, же ресурс; один вид может быть передающим звеном в цепи развития паразита, живущего за счет второго. Такие взаимоотношения, осуществляющиеся через промежуточные звенья, называются опосредованными, или косвенными.

Экологические взаимодействия обычно имеют чрезвычайно сложный характер, зависят от многих факторов и по-разному протекают в различных условиях. Это делает их трудно предсказуемыми.

2. Среди огромного разнообразия взаимосвязей живых существ выделяют определенные типы отношений, имеющие много общего у организмов разных систематических групп.

Нейтрализм, при котором совместно обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга. При нейтрализме особи разных видов не связаны друг с другом непосредственно. Например, белки и лоси в одном лесу не контактируют друг с другом.

Антибиоз, при котором обе взаимодействующие популяции или одна из них испытывают отрицательное влияние.

Комменсализм — форма взаимоотношений, при которой один вид получает какое-либо преимущество, выгоду, не принося другому ни вреда, ни пользы. Отношения такого типа широко распространены в природе. Например, крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян с зацепками (вроде репейника), не получая от этого ни вреда, ни пользы.

Аменсализм — это взаимоотношения, при которых для одного из совместно обитающих видов влияние другого отрицательно, в то время как угнетающий не получает ни вреда, ни пользы. Например, светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от сильного затенения, тогда как самому дереву это не приносит неудобств.

Симбиоз (от греч. "сим" — вместе, "биос" — жизнь) — сожительство; форма взаимоотношений, при которой оба партнера или один из них извлекают пользу от другого.

Самый простой тип симбиотических связей — протокооперация. При этой форме совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них, т. е. не является непременным условием выживания популяций. Примером таких отношений можно назвать распространение муравьями семян некоторых растений леса, опыление пчелами разных луговых растений — в этих случаях отсутствует необходимая тесная связь конкретной пары партнеров.

Симбиотические отношения, при которых присутствие каждого из двух видов становится обязательным для другого партнера, называется мутуализмом. Таковы, например, взаимоотношения узкоспециализированных к опылению растений с опыляющими их видами насекомых. Другой пример мутуализма - птицы кормятся насекомыми — паразитами на коже носорога, а их взлет служит ему сигналом опасности.

Если в экологической системе два или более вида популяции со сходными экологическими требованиями обитают совместно, между ними возникают взаимоотношения отрицательного типа, которые называются конкуренцией.

В общем смысле слово "конкуренция" означает сталкивание, соперничество, соревнование.

Хищничество — такой тип взаимоотношения популяций, при котором представители одного вида поедают (уничтожают) представителей другого, т. е. организмы одной популяции служат пищей для организмов другой.

Паразитизм — это форма взаимосвязей между видами, при которой организмы одного вида (паразита) живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида (хозяина) в течение определенного времени. Обычно паразит использует живого хозяина не только как источник пищи, но и как место постоянного или временного проживания. В отличие от хищничества, при нападении паразита хозяин не погибает сразу, но испытывает угнетение (нередко в течение длительного времени).

Таковы основные типы биотических взаимоотношений в живой природе. Необходимо помнить, что тип взаимодействия конкретной пары видов может изменяться в различных условиях и в зависимости от стадий их пожизненных циклов. Кроме того, один и тот же вид в сообществе может находиться в разных отношениях с окружающими его видами. 

(назад)

Лекция 3.

  1.  КОНКУРЕНТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Вопрос 10. Конкурентные взаимодействия

1. Разнообразие конкурентных отношений;

2. Внутривидовая конкуренция. Территориальность;

З. Межвидовая конкуренция;

4.Конкуренция популяций как экологический фактор.

1. Конкурентное взаимодействие может касаться:

• пространства;

• пищи;

• света;

• зависимости от хищников и других врагов;

• подверженности болезням и других экологических ресурсов.

Для популяции, испытывающей конкурентное давление, поражение во взаимодействиях означает, что ее плотность, а также ее роль в сообществе снизятся или будут регулироваться действием конкуренции. Конкуренцию подразделяют на внутривидовую и межвидовую. Как внутренняя, так и межвидовая конкуренция могут иметь большое значение в формировании разнообразия видов и численности организмов.

2. Внутривидовая конкуренция — это борьба за одни и те же ресурсы, происходящая между особями одного и того же вида. Это важный фактор саморегуляции популяций.

У некоторых организмов под влиянием внутривидовой конкуренции за пространство сформировался интересный тип поведения. Его называют территориальностью. Территориальность свойственна многим видам птиц, некоторым рыбам, другим животным.

Таким образом, территориальное поведение можно считать экологическим регулятором, поскольку оно одинаково позволяет избегать как перенаселения, так и недостаточной заселенности территории.

3. Конкуренция между видами чрезвычайно широко распространена в природе и касается практически всех, поскольку редко какой вид не испытывает хоть небольшого давления со стороны других. Формы проявления межвидовой конкуренции могут быть различными: от жесткой борьбы до почти мирного сосуществования. Но, как правило, из двух видов с одинаковыми экологическими потребностями один обязательно вытесняет другой. В Европе в поселениях человека серая крыса совершенно вытеснила другой вид того же рода — черную крысу, которая теперь живет в лесных и пустынных районах.

Основным ресурсом, представляющим собой предмет конкуренции у растительных организмов, является свет. Из двух сходных видов растений, сосуществующих в одной и той же среде, преимущества достигает тот вид, который способен раньше выйти в верхний, лучше освещенный ярус. Этому могут способствовать:

• с одной стороны, быстрый рост и раннее появление листвы;

• с другой — наличие более длинных черенков и выше посаженных листьев.

Быстрый рост и раннее появление листвы дают преимущества в начальный период вегетации, длинные черенки и высоко посаженные листья — на стадии взрослого растения.

В результате конкуренции в сообществе совместно уживаются только те виды, которые сумели хотя бы немного разойтись в экологических требованиях.

Межвидовая конкуренция может иметь два итога:

• либо вытеснение одного из двух видов из сообщества,

• либо расхождение обоих видов по экологическим нишам.

Конкурентные отношения — один из важнейших факторов формирования видового состава и регуляции численности популяций видов в сообществе.

4. Рассмотрим конкуренцию популяций как экологический фактор.

Некоторые свойства популяций позволяют заранее предсказать итоги их конкуренции. Если различия в скоростях роста конкурирующих популяций достаточно велики, то при постоянных условиях существования обычно выигрывает популяция, обладающая более высокой скоростью роста. Если темпы роста различаются не очень сильно, между конкурирующими видами может установиться равновесие. Такое равновесие, однако, легко разрушается, если одна из популяций начинает испытывать влияние каких-нибудь внешних факторов, приводящих, либо к увеличению смертности, либо к снижению плодовитости (рождаемости). Ясно, что сильная конкуренция может обнаруживаться только между видами, занимающими сходные экологические ниши.

Известно, что организмы, ведущие сходный образ жизни и обладающие сходным строением, не обитают в одних и тех же местах, а если и живут рядом, то используют разные ресурсы и активны в разное время. Такое разделение сходных видов принято называть принципом конкурентного исключения Гаузе, который в 1932 г. впервые подтвердил этот принцип экспериментально. Расхождение, или смещение экологических ниш при совместном обитании родственных видов хорошо иллюстрирует пример с двумя морскими рыбоядными птицами — большим бакланом и длинноносым бакланом, которые обычно кормятся в одних и тех же водах и гнездятся по соседству. Удалось выяснить, что состав пищи этих птиц существенно различается: длинноносый баклан ловит рыбу, плавающую в верхних слоях воды, тогда как большой баклан добывает пищу в основном у дна, где преобладают камбалы и донные беспозвоночные, например креветки.

Вопрос 11. Хищничество

  1.  Хищники и человек;
  2.  Адаптация хищников и их жертв в эволюции видов;
  3.  Значение хищничества в природе.

1. Длительное время многие страны были местом беспощадной борьбы человека с хищниками. Основным методом этой борьбы являлась система вознаграждений, получаемых охотниками за убитого хищника. Однако это не привело к их полному уничтожению: оказалось, что по мере снижения численности этих животных работа охотников становилась невыгодной. При низкой плотности преследуемой добычи затраты на ее поиск и выслеживание возрастают настолько, что часто превышают размеры премии. Это отчасти напоминает экологическое взаимодействие, когда хищник (даже человек) вынужден переключаться на другой вид добычи по мере того, как численность жертвы снижается.

Проблема хищничества действительно может стать очень важной для человека в тех случаях, когда он конкурирует с хищником "за урожай", собираемый с популяции того или иного вида домашних либо диких животных. Но иногда человек сталкивается и с противоположной трудностью — недостаточным числом хищников. Очень высокая численность вредящих человеку в данной области грызунов или насекомых может быть связана с отсутствием или малым числом хищников, а также с тем, что имеющиеся в этой местности хищники вообще не оказывают сколько-нибудь существенного влияния на численность вредителя.

2. При изучении хищничества и других форм отрицательных взаимодействий необходим популяционный подход. Хищники убивают, т. е. наносят вред тем особям, которыми они питаются. Они замедляют скорость роста популяции или уменьшают ее численность.

Говоря об эволюции, или историческом развитии живой природы, мы чаще всего подразумеваем длительные процессы изменения строения организмов, приспосабливающихся к изменяющимся условиям среды. Экологические взаимоотношения между организмами, как и условия неживой природы, являются важнейшими факторами существования организмов. Поэтому эволюционные изменения взаимодействующих видов (популяций) протекают согласованно, т. е. эволюция одного вида часто зависит от эволюции другого. Такая согласованность в процессах совместного развития организмов разных, но биологически тесно связанных видов называется коэволюцией.

В процессе эволюции происходит адаптация хищников и их жертв. По мере того как жертва приобретает опыт избегать нападения, у хищника вырабатываются более эффективные механизмы ее поимки. В итоге это приводит к возникновению довольно сложных и часто изощренных приспособлений.

Многие полагают, что действиям хищника должна быть присуща некоторая расчетливость: хищнику невыгодно полное уничтожение жертвы. Наилучшей для хищника является такая ситуация, когда скорость прироста биомассы популяции жертвы достигает максимальной величины.

Хищничество трудный и требующий больших затрат времени процесс. При активной охоте хищники нередко подвергаются опасностям не меньше, чем их жертвы.

Помимо прямой опасности, главный враг хищника — время. Только самые быстрые и сильные хищники способны затрачивать необходимое время в поисках добычи, преследовать жертву на большом расстоянии, успешно ловить ее. Менее энергичные обречены на голодную смерть.

Как правило, хищник не может полностью истребить жертву. Редкое исключение составляют случаи, когда контакты между популяциями возникли недавно, и у жертвы отсутствуют биологические механизмы, способные снизить отрицательное влияние данного конкретного вида хищника.

3. Хищник, убивая более слабых, действует подобно селекционеру. Он избирательно уничтожает животных с низкой способностью добывать себе корм, т. е. медлительных, хилых, больных особей. Выживают сильные и выносливые. Это относится ко всему животному миру: хищники улучшают (в качественном отношении) популяции жертв.

Для получения объективной картины хищничества это явление следует рассматривать с позиции всей популяции, а не с позиции отдельных индивидуумов. Конечно, хищники не являются благодетелями для особей, которых они убивают, но могут оказать пользу для всей популяции жертв как целого. Хищничество может стать одним из ведущих биотических факторов, определяющих регуляцию численности организмов.

Вопрос 12. Паразитизм

  1.  Признаки паразитизма;
  2.  Экологические категории паразитов.

1. Паразитизм, в отличие от хищничества, характеризуется следующими основными особенностями:

• паразит в течение своей жизни нападает всего на одну особь (редко — на многих) и поедает только часть вещества своей жертвы (хозяина);

• паразит причиняет хозяину вред, но редко приводит его к быстрой гибели;

• паразит обязательно живет (постоянно или временно) в теле или на поверхности тела своего хозяина, поэтому паразиты обычно намного мельче хозяина;

• паразит гораздо теснее связан со своим хозяином, чем хищник с жертвой. Это результат естественного отбора и узкой специализации видов.

Известно несколько десятков тысяч видов паразитических форм, которые поражают животных и растения. Переход к паразитизму резко увеличивает возможность вида выжить в борьбе за существование. Тело хозяина создает для живущих в нем организмов благоприятный и относительно ровный микроклимат, не подверженный тем значительным колебаниям, которые всегда имеют место в природе.

2. Истинный паразитизм характеризуется узкой специализацией видов, поскольку хозяин обеспечивает паразиту и пищу, и микроклимат, и защиту, и место обитания. Чем лучше паразит приспособлен к особенностям организма хозяина, тем успешнее его размножение и развитие потомства.

Даже в дикой природе лишь редкие из свободно живущих организмов не поражены хотя бы немногими особями паразитических видов. Вместе с тем многие паразиты являются весьма специфичными, т. е. могут существовать, поражая строго ограниченный круг животных и растительных видов. Различают несколько форм паразитизма. Паразиты могут быть временными, когда организм-хозяин подвергается нападению на короткий срок, лишь на время питания.

К временным паразитам, например, относятся:

• слепни;

• комары;

• мухи-жигалки;

• блохи;

• клопы и т. д.

При более тесном контакте паразита с хозяином преимущество получают организмы, способные длительное время использовать хозяина, не приводя его к слишком ранней гибели и обеспечивая себе наилучшее существование. В этом случае паразитизм становится постоянным.

К числу постоянных паразитов относятся:

• простейшие (малярийный плазмодий, дизентерийная амеба);

• круглые черви (аскарида, власоглав и др.);

• членистоногие (вши) и т. д.

Поскольку при постоянном паразитизме организм хозяина — единственное место обитания для паразита, с гибелью хозяина погибает и паразит.

Паразитические отношения часто встречаются и у растений, а также у бактерий и грибов, которые поселяются на вегетативных органах древесных и травянистых растений, вызывая у них заболевания.

Вопрос 13. Пищевые цепи и трофические уровни.

  1.  Пищевые цепи;
  2.  Трофические уровни.

1. Прослеживая пищевые взаимоотношения между членами биоценоза ("кто кого и сколько поедает"), можно построить пищевые цепи и пищевые сети питания различных организмов. Примером длинной пищевой цепи может служить последовательность животных арктического моря: микроводоросли (фитопланктон) — мелкие растительноядные ракообразные (зоопланктон) — плотоядные планктонофаги (черви, ракообразные, моллюски, иглокожие) — рыбы (возможны два-четыре звена последовательности хищных рыб) — тюлени — белый медведь. Пищевые цепи наземных экосистем обычно короче.

Пищевые сети образуются потому, что практически любой член какой-либо пищевой цепи одновременно является звеном и в другой: он потребляет, и его потребляют несколько видов других организмов.

Различают несколько типов пищевых цепей:

пастбищные пищевые цепи, или цепи эксплуататоров начинаются с продуцентов; для таких цепей при переходе с одного трофического уровня на другой характерно увеличение размеров особей при одновременном уменьшении плотности популяций, скорости размножения и продуктивности по биомассе, например трава — полевки — лисица;

цепи паразитов (яблоня — щитовка — наездник или корова — слепень — бактерии — фаги) характеризуются уменьшением размеров особей при увеличении численности, скорости размножения и плотности популяций;

детритные цепи, включающие только редуцентов (опавшие листья — плесневые грибы — бактерии), сходны с цепями паразитов. Но если, как это обычно бывает, они включают и консументов-детритофагов (червей, личинок насекомых), то частично переходят в цепи эксплуататоров и паразитов.

2. Благодаря определенной последовательности пищевых отношений различаются отдельные трофические уровни переноса веществ и энергии в экосистеме, связанные с питанием определенной группы организмов. Так, первый трофический уровень во всех экосистемах образуют продуценты — растения; второй — первичные консументы — фитофаги, третий — вторичные консументы — зоофаги и т. д. Как уже отмечено, многие животные питаются не на одном, а на нескольких трофических уровнях (примером могут служить диеты серой крысы, бурого медведя и человека).

Совокупности трофических уровней различных экосистем моделируются с помощью трофических пирамид чисел, биомасс и энергий. Обычные пирамиды чисел, т. е. отображение числа особей на каждом из трофических уровней данной экосистемы, для пастбищных цепей имеют очень широкое основание и резкое сужение к конечным консументам. При этом числа "ступеней" различаются не менее чем на 1—3 порядка. Но это справедливо только для травяных сообществ — луговых или степных биоценозов. Картина резко меняется, если рассматривать лесное сообщество (на одном дереве могут кормиться тысячи фитофагов) или если на одном трофическом уровне оказываются такие разные фитофаги, как тля и слон. Это искажение можно преодолеть с помощью пирамиды биомасс.

В наземных экосистемах биомасса растений всегда существенно больше биомассы животных, а биомасса фитофагов всегда больше биомассы зоофагов.

Иначе выглядят пирамиды биомасс для водных, особенно морских экосистем: биомасса животных обычно намного больше биомассы растений. Эта "неправильность" обусловлена тем, что пирамидами биомасс не учитывается продолжительность существования поколений особей на разных трофических уровнях, скорость образования и поедания биомассы. Главным продуцентом морских экосистем является фитопланктон, имеющий большой репродукционный потенциал и быструю смену поколений. За то время, пока хищные рыбы (а тем более моржи и киты) накопят свою биомассу, сменится множество поколений фитопланктона, суммарная биомасса которых намного больше. Вот почему универсальным способом выражения трофической структуры экосистем являются пирамиды скоростей образования живого вещества, иначе говоря, — пирамиды энергий.

(назад)

Лекция 4.

ЭКОСИСТЕМА И БИОГЕОЦЕНОЗ

Вопрос 14. Экосистема и биогеоценоз

  1.  Понятие экосистемы;
  2.  Биогеоценоз;
  3.  Состав и функциональная структура экосистемы;
  4.  Значение видового состава в экосистеме.

1. Основной объект экологии — это экологическая система, или экосистема пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями. Термин "экосистема" введен в экологию английским ботаником А. Тенсли (1935). Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности или происхождения, поэтому оно приложимо как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, пшеничное поле, обитаемый космический корабль), так и к сложным естественным комплексам организмов и среде их обитания (озеро, лес, океан, экосфера).

Различают водные и наземные экосистемы. Все они образуют на поверхности планеты густую пеструю мозаику. При этом в одной природной зоне встречается множество сходных экосистем — или слитых в однородные комплексы, или разделенных другими экосистемами. Например, участки лиственных лесов, перемежающиеся хвойными лесами, или болота среди лесов и т. п. В каждой локальной наземной экосистеме есть абиотический компонент — биотоп, или экотоп — участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент — сообщество, или биоценоз — совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местом обитания для всех членов сообщества.

2. Члены сообщества так тесно взаимодействуют со средой обитания, что биоценоз часто трудно рассматривать отдельно от биотопа. Например, участок земли — это не просто "место", но и множество почвенных организмов и продуктов жизнедеятельности растений и животных. Поэтому их объединяют под названием биогеоценоза: "биотоп — биоценоз — биогеоценоз". Биогеоценоз — это элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем. Понятие биогеоценоза ввел И.Н.Сукачев ((1942). Для большинства биогеоценозов определяющей характеристикой является определенный тип растительного покрова, по которому судят о принадлежности однородных биогеоценозов к данному экологическому сообществу (сообщества березового леса, мангровой заросли, ковыльной степи, сфагнового болота и т. п.). Размеры биогеоценозов, выделяемых экологами, различны. Совокупности определенных биогеоценозов образуют главные природные экосистемы, имеющие глобальное значение в обмене энергии и вещества на планете. К ним относят: тропические леса, леса умеренной климатической зоны, пастбищные земли (степь, саванну, тундру, травянистые ландшафты), пустыни и полупустыни, озера, болота, реки, дельты, горы, острова, моря.

3. Каждая экосистема имеет собственное материально-энергетическое хозяйство и определенную функциональную структуру.

В каждую экосистему входят группы организмов разных видов, различаемые по способу питания:

• автотрофы;

• гетеротрофы.

Автотрофы ("самопитающие") — организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ ~ двуокиси углерода и воды — посредством процессов фотосинтеза и хемосинтеза. Автотрофы составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, т. е. являются производителями продукции — продуцентами экосистем.

Гетеротрофы ("питающиеся другими") — организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий. У некоторых групп бактерий, так же как и у большинства растений-паразитов и насекомоядных растений, совмещаются автотрофные и гетеротрофные функции. В отличие от автотрофов-продуцентов, гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они также подразделяются на несколько категорий: консументов, детритофагов и редуцентов.

Консументы — потребители органического вещества живых организмов. К их числу относятся:

• растительноядные животные или фитофаги, питающиеся живыми растениями (тля, кузнечик, гусь, овца; олень, слон);

• плотоядные животные {зоофаги), поедающие других животных, — различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), нападающие не только на фитофагов, но и на других хищников (хищники второго, третьего порядков);

паразиты, живущие за счет веществ организма-хозяина; это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различные микроорганизмы (вирусы, бактерии, простейшие), а также некоторые грибы и растения;

симбиотрофы — бактерии, грибы, простейшие, которые, питаясь соками или выделениями организма-хозяина, выполняют вместе с тем и жизненно важные для него трофические функции, например мицелиальные грибы микоризы, участвующие в корневом питании многих растений; клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот; микробиальное население сложных желудков жвачных животных, повышающее переваримость и усвоение поедаемой растительной пищи.

Детритофаги, или сапрофаги — организмы, питающиеся мертвым органическим веществом — остатками растений и животных. Это различные гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых, жуки-копрофаги и другие животные — все они выполняют функцию очищения экосистем. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов.

Редуценты — бактерии и низшие грибы — завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии. Их совместное функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты биотопа, обуславливая самоочищение экосистемы, ее среды. Это особенно хорошо проявляется в водных экосистемах, где существуют группы организмов-фильтраторов. Известно, например, какую большую роль в очищении воды озера Байкал играет небольшой рачок эпишура.

4. Важной характеристикой экосистем является разнообразие видового состава. При этом выявляется ряд закономерностей:

• чем разнообразнее условия биотопов в пределах экосистемы, тем больше видов содержит соответствующий биоценоз;

• чем больше видов содержит экосистема, тем меньше особей насчитывают соответствующие видовые популяции. В биоценозах тропических лесов при большом видовом разнообразии популяции относительно малочисленны. Напротив, в системах с малым видовым разнообразием (биоценозы пустынь, сухих степей, тундры) некоторые популяции достигают большой численности;

• чем разнообразнее биоценоз, тем больше экологическая устойчивость экосистемы; биоценозы с малым разнообразием подвержены большим колебаниям численности доминирующих видов;

• эксплуатируемые человеком системы, представленные одним или очень малым числом видов (агроценозы с земледельческими монокультурами), неустойчивы по своей природе и не могут самоподдерживаться;

• никакая часть экосистемы не может существовать без другой. Если по какой-либо причине происходит нарушение структуры экосистемы, исчезает группа организмов, вид, то по закону цепных реакций может сильно измениться или даже разрушиться все сообщество. Но часто бывает и так, что через какое-то время после исчезновения одного вида на его месте оказываются другие организмы, другой вид, выполняющие сходную функцию в экосистеме. Эта закономерность называется правилом замещения, или дублирования: у каждого вида в экосистеме есть "дублер". Такую роль обычно выполняют виды менее специализированные и в то же время экологически более гибкие, адаптивные. Так, копытных в степи замещают грызуны; на мелководных озерах и болотах аистов и цапель замещают кулики и т. п. При этом решающую роль играет не систематическое положение, а близость экологических функций групп организмов.

Вопрос 15. Взаимоотношения, связанные с энергией и питательными веществами

  1.  Поток энергии;
  2.  Солнце как источник энергии;
  3.  Значение фотосинтеза;
  4.  Основной процесс в экосистеме.

1. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который в итоге и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой, и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами. Движущей силой этих круговоротов служит в конечном счете энергия Солнца; фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Необходимо еще отметить, что климатические факторы абиотического компонента, такие как температура, движение атмосферы, испарение и осадки, тоже регулируются поступлением солнечной энергии.

Для того чтобы понять, почему имеет место линейный поток энергии через экосистему, а не ее круговорот и повторное использование (как в случае питательных веществ), необходимо коротко рассмотреть термодинамические соображения.

Энергия может существовать в виде различных взаимопревращаемых форм, таких как механическая, химическая, тепловая или электрическая энергия. Переход одной формы в другую, называемый преобразованием энергии, подчиняется законам термодинамики. Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии) гласит, что энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена. Второй закон утверждает, что при совершении работы энергия не может быть использована на все 100% и часть ее неизбежно превращается в тепло. Тепло есть результат случайного движения молекул, тогда как работа всегда означает неслучайное (т. е. упорядоченное) использование энергии. Понятие работы приложимо к любому процессу, протекающему в живой системе с потреблением энергии, начиная от процессов на клеточном уровне, таких как поддержание электрических градиентов на мембране и синтез белков, и кончая процессами на уровне целого организма (рост, развитие, репарация, размножение).

Таким образом, живые организмы — это преобразователи энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В итоге вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Можно подумать, что, поскольку и тепло способно совершать работу (например в паровозе), то нет причин, которые мешали бы круговороту тепла. Однако процесс, производящий тепло, требует больше энергии, чем может быть возвращено путем вторичного использования этого тепла; поэтому в целом происходит все же потеря полезной энергии в системе. Фактически живые организмы не используют тепло как источник энергии. Для совершения работы им необходимы свет и химическая энергия.

2. Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Солнце — звезда, излучающая в космос огромное количество энергии. Энергия распространяется в космическом пространстве в виде электромагнитных волн, и небольшая часть ее, составляющая примерно 10,5 х 106 кДж/м2 в год, захватывается Землей. Около 40% этого количества сразу отражается от облаков, атмосферной пыли и поверхности Земли без какого бы то ни было теплового эффекта. Еще 15% поглощается атмосферой (в частности озоновым слоем в ее верхних частях) и превращается в тепловую энергию или расходуется на испарение воды. Оставшиеся 45% поглощаются растениями или земной поверхностью. Большая часть энергии повторно излучается земной поверхностью и нагревает атмосферу; приблизительно две трети энергии поступает в атмосферу этим путем. И только небольшая часть пришедшей от Солнца энергии усваивается биотическим компонентом экосистемы в процессе фотосинтеза.

3. Фотосинтез — единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению свободной энергии биосферы за счет внешнего источника — Солнца и обеспечивающий существование, как растений, так и всех гетеротрофных организмов, в т. ч. и человека. Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется 150млрд. т органического вещества и выделяется около 200млрд. т свободного кислорода.

Кругооборот кислорода, углерода и других элементов, вовлекаемых в фотосинтез, создал и поддерживает современный состав атмосферы, необходимый для жизни на Земле. Фотосинтез препятствует увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере, предотвращая перегрев Земли (вследствие так называемого парникового эффекта).

Кислород фотосинтеза необходим не только для жизнедеятельности организмов, но и для защиты живого от губительного коротковолнового УФ-излучения (кислородно-озоновый экран атмосферы).

Запасенная в продуктах фотосинтеза энергия (в виде различных видов топлива) является основным источником энергии для человечества. Предполагается, что в энергетике будущего фотосинтез может занять одно из первых мест в качестве неиссякаемого и не загрязняющего среду источника энергии (создание "энергетических плантаций" быстрорастущих растений с последующим использованием растительной массы для получения тепловой энергии или переработки в высококачественное топливо — спирт).

Не менее важна роль фотосинтеза как основы получения продовольствия, кормов, технического сырья. Несмотря на высокую эффективность начальных фотофизических и фотохимических стадий (около 95%), в урожай переходит лишь менее 1—2% солнечной энергии; потери обусловлены неполным поглощением света, лимитированием процесса на биохимическом и физиологическом уровнях.

4. В подавляющем большинстве экосистем осуществляется фундаментальный обратимый химический процесс.

В экосистемах прямая и обратная реакции, как правило, не совпадают из-за обмена участниками реакции (переноса воды, газов и органики) с другими системами. В экосистемах больших глубин, пещер, под землей, где нет света и не может осуществляться фотосинтез, органическое вещество поставляется либо местными хемоавтотрофами (бактериями, в клетках которых осуществляется хемосинтез), либо поступает из других систем.

Принципиальное различие между потоками вещества и энергии в экосистеме заключается в том, что биогенные элементы, составляющие органическое вещество, могут многократно участвовать в круговороте веществ, тогда как поток энергии однонаправлен и необратим. Каждая порция энергии используется только однократно. В соответствии со вторым законом термодинамики на каждом этапе трансформации энергии значительная ее часть неизбежно теряется, рассеивается в виде теплоты.

Вопрос 16. Стабильность и развитие экосистемы

  1.  Устойчивость экосистемы;
  2.  Экологическая сукцессия;
  3.  Зональное распределение;
  4.  Продолжительность сукцессии.

1. В природных экосистемах происходят постоянные изменения состояния популяций организмов. Они вызываются разными причинами:

• кратковременные — погодными условиями и биотическими воздействиями;

• сезонные (особенно в умеренных и высоких широтах) — большим годовым ходом температуры;

• от года к году — различными случайными сочетаниями абиотических и биотических факторов.

Однако все эти колебания, как правило, более или менее регулярны и не выходят за границы устойчивости экосистемы ее обычного размера, видового состава, биомассы, продуктивности, соответствующих географическим и климатическим условиям местности. Такое состояние экосистемы носит название климаксного.

Климаксные сообщества характеризуются устойчивым динамическим равновесием между биотическими потенциалами входящих в сообщество популяций и сопротивлением среды. Постоянство важнейших экологических параметров часто обозначают экосистемы. Как правило, устойчивость экосистемы тем больше, чем больше она по размеру, а также богаче и разнообразнее ее видовой и популяционный состав.

2. Стремясь к поддержанию гомеостаза — способности противостоять изменениям и сохранять динамическое относительное постоянство — экосистемы тем не менее способны к изменениям, развитию, переходу от более простых к более сложным формам. Масштабные изменения географической обстановки или типа ландшафта под влиянием природных катастроф или деятельности человека приводят к определенным последовательным изменениям состояния биогеоценозов местности — сукцессиям (от англ. succession — последовательность).

Сукцессии довольно разнообразны и их делят на группы по разным признакам. По причинам, вызывающим смену, сукцессии делятся на две группы:

автогенные (причиной смены являются изменения, возникающие в результате деятельности самого сообщества);

аллогенные (происходят в результате внешних воздействий).

Среди автогенных сукцессии различают сингенетические (сингенез) и эндоэкогенетические (эндоэкогенез) смены.

Сингенез (от греч. synвместе, genesisпроисхождение) — сукцессия, протекающая вследствие размножения растений и конкуренции между ними без существенного кумулятивного изменения условий места обитания. Сингенетические смены характерны для начальных стадий сукцессии на первичных (изначально лишенных растительности) или вторичных (сначала занятых растительностью, потом уничтоженной) субстратах.

Эндоэкогенез (от греч. endon — внутри, oicosдом) — процесс изменения растительности в результате глубокого и кумулятивного изменения условий среды.

В зависимости от источников энергии, за счет которых происходит процесс развития, сукцессии делят:

• на автотрофные;

гетеротрофные.

Развитие леса на оставленном поле является примером сукцессии, происходящей в ясно выраженном автотрофном состоянии, ибо в первый момент появляются автотрофные организмы. Такая сукцессия носит название автотрофной.

Примером сукцессии другого рода является река, загрязненная большим количеством органических отбросов (например, на берегу реки построена и действует свиноферма). Избыточное органическое вещество в этом случае начинает активно использоваться гетеротрофами. При этом оно потребляется быстрее, чем создается, т. е. происходит постоянное убывание органического вещества. Это — гетеротрофная сукцессия. Различают первичную сукцессию — постепенное заселение организмами появившейся девственной суши, оголенной материнской породы (отступившее море или ледник, высохшее озеро, песчаные дюны, голые скалы и застывшая лава после вулканического извержения и т. п.)- В этих случаях решающую роль играет процесс почвообразования. Начальное выветривание — разрушение и разрыхление поверхности минеральной основы под действием перепадов температуры и увлажнения — высвобождает или принимает нанос некоторого количества биогенов, которое уже может быть использовано бактериями, лишайниками, а затем — и редкой одноярусной пионерной растительностью. Ее появление, а с нею — симбиотрофов и мелких животных, значительно ускоряет образование почвы и постепенное заселение территории сериями все более сложных растительных сообществ, все более крупными растениями и животными. Так система постепенно проходит все стадии развития до климаксного состояния.

В отличие от этого, вторичной называют сукцессию, начинающуюся там, где поверхность полностью или в значительной степени лишена растительности, но прежде находилась под влиянием живых организмов, и обладает органическим компонентом. Таковы, например, лесные вырубки, выгоревшие участки или заброшенные сельскохозяйственные угодья. Здесь в почве могут сохраняться семена, споры и органы вегетативного размножения, например корневища, которые будут оказывать влияние на сукцессию.

Как при первичной, так и при вторичной сукцессиях флора и фауна окружающих территорий являются главным фактором, определяющим типы растений и животных, включающихся в сукцессию в результате случайного расселения и миграций. Сукцессии происходят путем замещения одних видов другими и поэтому их нельзя приравнивать к реакциям гомеостаза.

Полную сукцессию иногда называют серией. Серию образует ряд сериальных сообществ {сериальных стадий). В сходных условиях среды серии нередко бывают представлены сходными сукцессиями, поэтому их можно классифицировать в соответствии с этими условиями; например, гидросерия развивается в водной среде в результате заселения открытой водной поверхности, галосерия — на соленых маршах.

Впервые теория сукцессии была детально разработана в 1916 г. Клементсом. Он изучал сообщества в Северной Америке и пришел к выводу, что основным фактором, определяющим состав климаксного сообщества, является климат. По представлениям Клементса, в данных климатических условиях может существовать только одно климаксное сообщество, которое называется климаксом (концепция моноклимакса).

Более современной является концепция поликлимакса, согласно которой климакс формируется под влиянием всех физических факторов, причем один или несколько из них могут доминировать (например дренаж, почва, топография, пожары). Сообщество считается настоящим климаксом, если оно устойчиво длительный период времени: любые изменения в нем происходят относительно медленно по сравнению со временем, необходимым для прохождения сукцессии до стадии климакса.

3. В любое определенное время виды внутри сообщества могут быть пространственно распределены в соответствии с различиями окружающей физической среды. Это называется зональным распределением. Хорошим примером служит распределение морских водорослей и животных, встречающихся на скалистых берегах между уровнями отлива и прилива и в зоне попадания брызг. Физические условия этих зон различны; особенно варьируется время их обнажения между последовательными приливами. В каждой зоне обитают виды, приспособленные к ее особым условиям. Еще один хороший пример такого рода — вертикальная зональность с увеличением высоты в горах. Внешне зональное распределение может иметь сходство с сукцессиями, но необходимо понимать основное различие: при зональном распределении виды сменяются в пространстве, тогда как в сук-цессиях они сменяются во времени.

4. Продолжительность сукцессии во многом определяется структурой сообщества. Изучение первичной сукцессии на таких местах, как песчаные дюны, свидетельствует о том, что в этих условиях для развития климакса требуются многие сотни лет. Вторичные сукцессии, например на вырубках, протекают гораздо быстрее. Все же требуется не менее 200 лет, чтобы в условиях умеренного влажного климата смог восстановиться лесной массив.

Вторичная сукцессия в степи, например, продолжается около 50 лет.

Зрелое сообщество способно противостоять изменениям физических факторов (таких как температура, влажность) и даже некоторым видам химических загрязнений в гораздо большей степени, чем молодое. Однако молодое сообщество способно продуцировать новую биомассу в гораздо больших количествах, чем старое.

Таким образом, человек может собирать богатый урожай в виде чистой продукции, искусственно поддерживая сообщество на ранних стадиях сукцессии. Ведь в зрелом сообществе, находящемся на стадии климакса, чистая годовая продукция расходуется в основном на дыхание растений и может быть даже равна нулю.

Вопрос 17. Биосфера. Экосфера

  1.  Понятие биосферы;
  2.  Вещества биосферы;
  3.  Понятие экосферы.

1. Биосфера — это совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Биосфера — глобальная экосистема. Она не образует сплошного слоя с четкими границами, а как бы "пропитывает" другие геосферы планеты, охватывая всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы (Термин "биосфера" ввел австрийский геолог Э. Зюсс (1873). Основы учения о биосфере заложил В.И. Вернадский (1919, 1926). Оно знаменует собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем. Будучи основоположником геохимии, он провел первые исследования закономерностей строения и состава взаимодействующих элементов и структур земной коры, гидросферы и атмосферы исследовал миграцию химических элементов в литосфере и роль радиоактивных элементов в ее эволюции. В 1923 г. им сформулирована теория о ведущей роли живых организмов в геохимических процессах; в 1926 г. — Концепция и определение биосферы и живого вещества; создано учение, согласно которому живое вещество, трансформируя солнечное излучение, вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот — центральная концепция биогеохимии.

Исключительно важное место в трудах В.И. Вернадского занимают пионерные представления о роли человека в эволюции природы Земли. Эти взгляды позднее стали известны как учение о ноосфере — сфере разума — человеческой "оболочке" Земли.

2. Согласно В.И. Вернадскому вещество биосферы состоит:

• из живого вещества — биомассы современных живых организмов;

биогенного вещества — всех форм детрита, а также торфа, угля, нефти и газа биогенного происхождения;

биокосного вещества — смесей биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битуминозные пески, часть осадочных карбонатов);

косного вещества — горных пород, минералов, осадков, не затронутых прямым биогеохимическим воздействием организмов.

Содержание энергии или углерода, количества живого, биогенного и биокосного вещества в биосфере соотносятся как 1:20:4000.

Современные исследования внесли поправку в представление о структуре биосферы. Показано, что в понятие биосферы следует включать только те элементы и характеристики, которые находятся под контролем биоты, и не следует включать компоненты природы, относящиеся к геологическому прошлому (Горшков, 1993). Таким образом, к биосфере относятся вся совокупность живых организмов и все вещества, которые находятся под контролем потребления, трансформации и продуцирования живыми организмами т. е. современное "биогенное вещество").

3. Такое понимание совпадает с введенным ранее и ныне широко применяемым понятием экосферы планетарной совокупности современных биомов.

Верхняя граница экосферы расположена на высоте нескольких метров (< 30 м) над поверхностью растительного покрова на суше или над океаном; нижняя — по горизонту грунтовых вод или максимального проникновения корней растений и роющих животных.

(назад)

Лекция 5.

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ.

Вопрос 18. Биогеохимические принципы В.И. Вернадского

1. Учение В.И. Вернадского. I биогеохимический принцип.

2. II и III биогеохимические принципы.

1. Учение В.И. Вернадского — основателя биогеохимии и науки о биосфере — очень обширно и затрагивает многие аспекты глобальной экологии. Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере, очень важными являются три основных положения, которые Вернадский назвал биогеохимическими принципами.

I принцип: биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Прогрессивная эволюция любой экосистемы ведет к увеличению суммарного протока энергии через нее. Эта закономерность проявляется в способности живого к распространению, развитию, во "всеюдности жизни" (выражение В.И. Вернадского).

2. II принцип: эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Согласно этому принципу преимущества в ходе эволюции получают те организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы энергии или "научились" полнее использовать химическую энергию, запасенную в других организмах.

III принцип: живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца. Этот принцип очень важен для понимания тех процессов, которые обычно называют самоорганизацией биологических структур.

Вопрос 19. Биотический круговорот

  1.  Замкнутость биотического круговорота;
  2.  Круговорот углерода;
  3.  Круговорот азота;
  4.  Круговорот кислорода;
  5.  Круговорот фосфора.

1. Круговорот биогенных элементов, обусловленный синтезом и распадом органических веществ в экосистеме, называют биотическим круговоротом веществ. Кроме биогенных элементов, в биотический круговорот вовлечены важнейшие для биоты минеральные элементы и множество различных соединений. Поэтому весь циклический процесс химических превращений, обусловленных биотой, особенно когда речь идет обо всей биосфере, называют еще биогеохимическим круговоротом.

Для равновесия в экосфере огромное значение имеет глобальная замкнутость биотического круговорота. Круговорот полностью замкнут, когда существует точное равенство сумм прямых и обратных расходов:

 (1).

Если же в каком-то из процессов наблюдается прирост или утечка ("дефект замкнутости") Δq, то замкнутость круговорота:

δq=(q- δq)/q  (2).

Тогда величина разомкнутости круговорота:

βq = 1 — δ = Δq/Δq  (3).

Эти величины можно выразить иначе, сопоставляя продолжительность поддержания равенства расходов Т со временем исчерпания резервуара ΔT при полной остановке процесса наполнения:

δ T = (Т-А7)/Т  (4)

Аналогично:

 βT = 1- δ T = ΔТ/Т  (5)

2. Главным участником биотического круговорота является углерод как основа органических веществ.

Масса углерода в экосфере в настоящее время составляет около 3600 Гт. Из них ≈ 600 Гт приходится на биомассу. Ежегодная нетто-биопродукция экосферы по углероду составляет ≈ 60 Гт. Такое же количество освобождается в процессах дыхания и деструкции. Несмотря на то, что фотосинтез и деструкция органики разделены в пространстве и во времени, проходят множество промежуточных этапов и обусловлены деятельностью колоссального числа различных экосистем, их равенство в экосфере в целом поддерживается с исключительно высокой точностью.

Поток синтеза и разложения органического углерода: qB = 60 Гт/год.

Запас органического углерода в экосфере: Мв = 3600 Гт.

Период обновления углерода экосферы: ΔТB = МB = 60 лет (для биомассы этот период ≈ 10 лет).

Скорость поступления углерода в атмосферу из недр (при вулканической деятельности) и из космоса относительно невелика: qA = 0,014 Гт/год.

Запас СО2 в атмосфере Ма = 700 Гт. Отсюда ΔТа = Ma/Qa = 5-104 лет. Это время можно считать минимальным сроком поддержания концентрации углерода в атмосфере в пределах колебаний современного уровня, т. е. Та, хотя многие данные указывают на гораздо большую продолжительность. Тем более что поступление углерода длительное время уравновешивалось его захоронением в недрах. Итак, в соответствии с (5) максимальная разомкнутость биотического круговорота углерода: βT = 60/50000 = 0,0012.

Детальный количественный анализ круговорота углерода в экосфере провел В.Г. Горшков (1990). Он отмечает, что согласно геологическим данным концентрации биогенных элементов могут изменяться на 100% за время порядка 100 тыс. лет. За десятки и сотни миллионов лет при отсутствии регуляции эти концентрации вышли бы за пределы, совместимые с жизнью. В действительности, по палеохимическим и палеоботаническим данным, концентрация углерода в атмосфере за время, равное 105 лет, сохраняет порядок величины. Но, судя по приведенным выше данным, время оборота углекислого газа в атмосфере за счет деятельности биоты составляет всего 10 лет.

Отсюда ΔТа = 0,0001.

Следовательно, потоки синтеза и распада органических веществ в экосфере совпадают с точностью до 104, замкнуты с точностью до 103 и, значит, скоррелированы с точностью до 107.

3. Азот входит в структуру всех белков и вместе с тем является наиболее лимитирующим из биогенных элементов. Колоссальный резервуар свободного молекулярного азота в атмосфере лишь в ничтожной мере затрагивается биотическим круговоротом. Общее отношение связанного азота к азоту в природе равно 1:100000. Энергия химической связи в молекуле азота очень велика. Поэтому соединение азота с другими элементами, кислородом или водородом (процесс азотфиксации) требует больших затрат энергии. Промышленная фиксация азота идет в присутствии катализаторов при t≈500°С и давлении ≈ 300 атм.

В экосфере фиксация азота осуществляется несколькими группами анаэробных бактерий и цианобактерий при нормальных температуре и давлении благодаря высокой эффективности биокатализа. Считается, что бактерии переводят в связанную форму приблизительно 1 млрд т азота в год (мировой объем промышленной фиксации — около 90 млн т). В клубеньковых бактериях бобовых растений фиксация азота осуществляется с помощью сложного ферментного комплекса, защищенного от избытка кислорода специальным растительным гемоглобином.

Непосредственный продукт биофиксации — аминогруппа NH2 — включается в круговорот, в котором участвуют уже все организмы, но главную роль играют еще три группы почвенных и водных бактерий: нитрифицирующие, нитратобразующие и денитрифицирующие бактерии.

Продукты первых двух (нитрит и нитрат) вместе с аммонием составляют основу азотного питания растений, грибов и большинства других микроорганизмов, которые образуют аминокислоты, пептиды и белки. Проходя через обмен веществ на всех трофических уровнях, эти соединения разлагаются с освобождением NH4+, и цикл повторяется. Денитрифицирующие бактерии переводят избыток нитратов в молекулярный азот.

Круговорот азота в экосфере сопряжен с круговоротом углерода, т. к. соотношение между этими элементами в составе глобальной биомассы постоянно: C:N = 55:1. Соответственно и круговорот азота составляет около 1 Гт/год. Он замкнут настолько, насколько постоянны общая биомасса и состав экосферы, т. к. доступные для биоты резервуары связанного азота в почве и в воде достаточно велики по сравнению с круговоротом — приблизительно в 40 раз.

4. В отличие от углерода и азота, резервуары доступного для биоты кислорода по сравнению с его потоками огромны. Поэтому отпадает проблема глобального дефицита и замкнутости его круговорота. Биотический круговорот кислорода составляет 160 Гт/год, а общее количество в пределах экосферы — порядка 1014 т.

Кислород на Земле — первый по распространенности элемент его содержание (в весовых процентах) в атмосфере — 23,1; в экосфере (в составе сухой органики) — 44,8; в литосфере — 47,2; в гидросфере (в составе воды) — 86,9. Однако для водных организмов нужен кислород, растворенный в воде. Его среднее содержание в фотическом слое гидросферы составляет 4,5 мг/л и претерпевает значительные колебания.

Содержание кислорода в атмосфере во много раз больше — 288 мг/л и на протяжении длительной геологической эпохи постоянно. Наземные животные довольно чувствительны к отклонениям от этого уровня. Некоторый дефицит кислорода для животных и человека возникает только в высокогорье, в зонах интенсивного потребления и в искусственных устройствах.

С круговоротом кислорода тесно связано образование озона.

В высоких слоях атмосферы под влиянием жесткой ультрафиолетовой части солнечного спектра происходят ионизация и диссоциация части молекул кислорода; образуется атомарный кислород, который немедленно присоединяется к возбужденным молекулам кислорода, образуя озон — трехатомный кислород:

hv 02 ↔ 2О; О + О2 ↔ О3; ΔН = +141,9 кДж/моль (6)

Здесь hvквант света с длиной волны не более 225 нм.

На образование озона тратится около 5% поступающей к Земле солнечной энергии — около 8,6 х 1015 Вт. Реакции легко обратимы. При распаде озона эта энергия выделяется, за счет чего в верхних слоях атмосферы поддерживается высокая температура. Средняя концентрация озона в атмосфере составляет около 106 об.%; максимальная концентрация Оз — до 4—106 об.% достигается на высотах 20—25 км.

Поглощая при своем образовании значительную часть жестких ультрафиолетовых лучей, озон играет большую защитную роль для всей экосферы, т. к. многие молекулярные структуры живых организмов разрушаются под действием жесткого ультрафиолета. С этим связано одно из критических обстоятельств современной экологической обстановки, поскольку образование и содержание озона в атмосфере географически неравномерны.

5. Фосфор, как и азот, относится к лимитирующим биогенам. Но, в отличие от циклов углерода, кислорода и азота, цикл фосфора в экосфере существенно разомкнут, т. к. значительная часть континентального стока фосфатов остается в океанических осадках. Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством, поскольку человек нарушил многие естественные пути возврата фосфора в почву, а их замена применением фосфорных удобрений качественно недостаточна. Примерно такие же отношения наблюдаются в глобальном круговороте серы и других минеральных элементов, природные резервуары которых велики, но относительно мало доступны для биоты.

Неполная замкнутость круговоротов второстепенных биогенов не означает, что биотический круговорот в целом имеет заметный дефект замкнутости. В действительности его замкнутость всецело определяется круговоротом углерода. Высокоточная биологическая регуляция обмена веществ и энергии в экосфере определяет и регуляцию основных параметров окружающей среды. С экологической точки зрения это — важнейшие свойства экосферы как динамической системы.

Вопрос 20. Вертикальная структура биосферы

  1.  Атмосфера;
  2.  Гидросфера;
  3.  Литосфера;
  4.  Взаимосвязь литосферы с биосферой.

1. Согласно современным представлениям биосфера — это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами (Войткевич, Вронский, 1999). Прежде чем рассмотреть структуру биосферы, напомним, что жизнь сосредоточена в трех геосферах: в атмосфере, гидросфере и литосфере.

Атмосфера — газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Земля, получая космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Атмосферу делят на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Обширная часть разреженной верхней атмосферы состоит преимущественно из ионов. Эта область обозначается как ионосфера. Большая часть массы атмосферы имеет относительно однородный азотно-кислородный состав. В тропосфере во взвешенном состоянии присутствуют также твердые и жидкие частицы, которые, как правило, называют аэрозолями. Главными составными частями атмосферы являются азот, кислород, аргон и углекислый газ.

Одним из важнейших компонентов атмосферы является озон (О3). Его образование и разложение связаны с поглощением ультрафиолетовой радиации Солнца, которая губительна для живых организмов. Для образования озона необходимы свободные атомы кислорода, которые возникают при разложении молекул кислорода (О3) под действием квантов излучения в ультрафиолетовой области: озон образуется при столкновении О + О2 = О3.

В то же время озон поглощает ультрафиолетовую радиацию, разлагаясь на молекулярный и атомарный кислород. Основная часть озона концентрируется на высотах 10—25 км с максимальной концентрацией на высотах 20—25 км. Выше 40 км по мере поднятия в более высокие горизонты атмосферы увеличивается доля атомарного кислорода. А выше 150 км практически весь кислород диссоциирован на атомы. Атомарный кислород легко ионизируется излучением Солнца.

Диссоциация молекул азота происходит выше, чем у кислорода, примерно с высоты 200 км, а выше 300 км азот полностью диссоциирован и состоит из изолированных атомов.

На высотах 150—200 км в атмосфере происходит диффузное разделение газов. Выше — возрастает пропорция легких газов. Так, во внешних слоях атмосферы наиболее распространены атомы и ионы водорода, концентрация которых в нижних слоях земной атмосферы очень мала.

Внешняя граница верхней атмосферы постепенно переходит в межпланетный газ, плотность которого составляет 103 пар ионов в см3.

2. Гидросфера совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных. Как особая водная оболочка Земли здесь рассматриваются лишь воды, находящиеся на поверхности планеты, — материковые и океанические.

Вследствие высокой подвижности воды проникают повсеместно в различные природные образования. Они находятся в виде паров и облаков в земной атмосфере, формируют океаны и моря, существуют в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов и в виде мощных ледниковых панцирей покрывают полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять в себе многие вещества, в связи с этим воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов разной степени концентрации.

Гидросфера находится в тесной связи с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которое она входит в качестве обязательного компонента.

Большая часть массы природных вод (94%) — это воды Мирового океана, представляющего собой уникальную систему. Здесь происходит процесс обмена и трансформации энергии и вещества нашей планеты. Различные физические, химические и биологические процессы объединяются, образуя единую природу океана. Наиболее чистые атмосферные воды содержат 10—50 мг/л растворенных веществ. Морская (океаническая) вода представляет собой раствор, содержащий в 1 кг в среднем 35 г вещества. Можно считать, что в морской воде присутствуют все химические элементы таблицы Менделеева. Однако преобладающая часть растворенных веществ образована немногими химическими элементами: Na, Mg, Ca, C1, С, S. Они находятся в морской воде в виде ионов различного типа: катионы — Na+, Mg2+, Са2+, анионы — Cl-, НС03-, СО32-, SO42-. Другие химические элементы присутствуют в морской воде в более низких концентрациях, чем главные ионы. Некоторые из элементов, несмотря на относительно низкую концентрацию, играют важную роль в химических процессах моря и в морских организмах. Здесь ведущая роль принадлежит азоту, фосфору, кремнию, которые усваиваются живыми организмами, а их концентрация в морской воде контролируется ростом и размножением морских животных и растений.

В отличие от морской воды, материковые воды характеризуются разнообразным химическим составом и разной степенью минерализации: от чисто пресных озерных и ледниковых вод до сильно минерализованных рассолов.

В пределах земной коры, омываемой природными водами, можно выделить следующие источники минерализации:

• изверженные и метаморфические породы, дающие при химическом выветривании растворимые соединения;

• залежи некоторых осадочных горных пород, состоящих из растворимых солей (карбонатов, сульфатов, хлоридов и др.), представленные известняками, мергелями, доломитами, гипсами и каменной солью;

• соли рассеянные и адсорбированные в осадочных породах, коре выветривания и почвах;

• вулканические извержения, поставляющие газообразные природные соединения некоторых элементов (H2S, CO2, HCl, NH3).

3. Литосфера — верхняя твердая оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества, включает земную кору и верхнюю мантию Земли. Мощность литосферы — 50—100 км, в т. ч. земной коры — до 75 км на континентах и 10 км под дном океана.

Химический состав земной коры в основном представлен восемью элементами (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий). Земная кора сложена горными породами различного типа и происхождения. На осадочные породы приходится 9,2%, на метаморфические — 20%, на магма-ti этические — 70,8%. Поверхность континентов на 80% занята породами осадочными, а океаническое дно — почти полностью свежими осадками как продуктами сноса материала континентов и деятельности морских организмов.

Континентальная часть земной коры в течение длительной геологической истории находилась в ту или другую эпоху в области биосферы, что наложило свой отпечаток на облик, состав и распространенность осадочных горных пород и сосредоточенных в них месторождений полезных ископаемых в виде нефти, угля, горючих сланцев, кремнистых и карбонатных пород, связанных в прошлом с деятельностью организмов. Поэтому континентальная земная кора имела и имеет прямое и косвенное отношение к биосфере.

4. Пределы биосферы обусловлены прежде всего "полем существования жизни" (Вернадский, 1926). Биосферу как место современного обитания организмов можно разделить на три подсферы:

аэробиосфера, населенная аэробионтами, субстратом жизни которых служит влага воздуха;

гидробиосфера — глобальный мир воды (водная оболочка Земли без подземных вод), населенный гидробионтами;

геобиосфера — верхняя часть земной коры (литосфера), населенная геобионтами.

Гидробиосфера распадается на мир континентальных, главным образом пресных вод — аквабиосферу, и область морей и океанов — океанобиосферу.

Геобиосфера состоит из области жизни на поверхности суши — террабиосферы (с террабионтами), которая подразделяется на фитосферу (от поверхности земли до верхушек деревьев — около 45 м) и педосферу (почвы и лежащие под ними подпочвы, нередко сюда включают всю кору выветривания) с педобионтами; литобиосферы — жизни в глубинах Земли (с литобионта-ми, живущими в порах горных пород).

Литобиосфера распадается на два слоя: гипотеррабиосферу — слой, где возможна жизнь аэробов (или подтеррабиосфера), и теллуробиосферу — слой, где возможно обитание анаэробов (или глубинобиосфера). Жизнь в толще литосферы существует в основном в подземных водах.

Подобные слои существуют и в гидробиосфере, но они связаны главным образом с интенсивностью света. Выделяют три слоя: фотосферу — относительно ярко освещенный, дисфотосферу — всегда очень сумеречный (до 1 % солнечной инсоляции), афотосферу — абсолютной темноты, где невозможен фотосинтез.

Лимитирующим фактором развития жизни в аэробиосфере служит наличие капель воды и положительных температур, а также твердых аэрозолей, поднимающихся с поверхности Земли. От вершин деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами). Это пространство — более тонкий слой, чем атмосферная тропосфера. Выше тропосферы лежит слой крайне разреженной микробиоты — альпобиосфера (с альпобионтами). Над ней простирается пространство, куда жизнь проникает случайно и нечасто, где организмы не размножаются — парабиосфера.

На больших высотах в горах, там, где уже невозможна жизнь высших растений и вообще организмов-продуцентов, но куда ветры приносят с более низких вертикальных поясов органическое вещество, и где при отрицательных температурах воздуха еще достаточно тепла от прямой солнечной инсоляции для существования жизни, расположена высотная часть террабиосферы — эоловая зона. Это царство членистоногих и некоторых микроорганизмов — эолобионтов.

Жизнь в океанах достигает их дна. Под ним, в базальтах, она едва ли возможна.

В глубинах литосферы есть два теоретических уровня распространения жизни — изотерма 100°С, ниже которой при нормальном атмосферном давлении кипит вода, а белки свертываются, и изотерма 460°С, где при любом давлении вода превращается в пар. Жизнь в глубинах Земли фактически не идет дальше 3—4, максимум 6—7 км и лишь случайно в неактивных формах может проникнуть глубже в гипобиосферу ("подбиосфера" — аналог парабиосферы в атмосфере). Следует отметить, что здесь залегают биогенные породы, образно выражаясь, следы былых биосфер — метабиосфера. Метабиосфера, начинаясь с поверхности Земли, простирается далеко вглубь литосферы, теряясь там, где процессы метаморфоза горных пород стирают признаки жизни.

Между верхней границей гипобиосферы и нижней парабиосферы лежит собственно биосфера— эубиосфера. Ее наиболее насыщенный жизнью слой называют биофильмом, или, по В.И. Вернадскому (1926), "пленкой жизни".

Выше парабиосферы расположена апобиосфера, или "надбиосфера", где сравнительно обильны биогенные вещества, ее верхняя граница трудноуловима. Под метабиосферой расположена абиосфера ("небиосфера").

Весь слой нынешнего или прошлого воздействия жизни на природу Земли называют мегабиосферой, а вместе с артебиосферой — пространством человеческой экспансии в околоземный космос — панбиосферой.

Таким образом, "поле существования жизни", особенно активной по новейшим данным, ограничено в вертикальном пределе высотой 6 км над уровнем моря, до которого сохраняются положительные температуры в атмосфере и могут жить хлорофиллоносные растения (6,2 км в Гималаях). Выше, в эоловой зоне, обитают лишь жуки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром, и т. д. Еще выше живые организмы попадают лишь случайно — микроорганизмы могут сохранить жизнь в виде спор.

Нижний предел существования активной жизни традиционно ограничивают дном океана и изотермой 100°С в литосфере, расположенными соответственно на отметках около 11 км, и, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове, около 6 км. Фактически жизнь в литосфере распространена до глубины 3—4 км. Таким образом, вертикальная мощность биосферы в океанической области Земли достигает более 17 км, сухопутной — 12 км. Парабиосфера еще более асимметрична, поскольку верхнюю ее границу определяет озоновый экран. Более значительны колебания толщи мегабиосферы, охватывающей осадочные породы, но она не опускается на материках глубже самых больших глубин океана, т. е. 11 км (здесь температура достигает 200°С) и не поднимается выше наибольших плотностей озонового экрана (22—24 км), следовательно, ее максимальная толщина 33—35 км. Теоретически пределы биосферы шире, поскольку в гидротермах дна океана ("черные курильщики") на глубинах около 3 км обнаружены организмы при температуре до 250°С. При давлении около 300 атм. вода здесь не кипит (пределы жизни ограничены точками превращения воды в пар и сворачивания белков). Перегретая жидкая вода обнаружена в литосфере до глубин 10,5 км. Глубже 25 км, по оценкам специалистов, должна существовать критическая температура в 460°С, при которой при любом давлении вода превращается в пар и жизнь принципиально невозможна.

 -

(назад)

Лекция 6.

Вопрос 21. Горизонтальная структура биосферы

  1.  Горизонтальное разделение биосферы;
  2.  Возможности исследования при горизонтальном разделении биосферы.

1. Биосфера является глобальной экосистемой. Горизонтальные деления представляют собой дробления на более мелкие структурные подразделения:

• подсферы;

• полуподсферы;

• слои экосистемы различного уровня.

Так, геобиосфера делится на две подсферы: террабиосферу — область поверхностного слоя суши, являющуюся сферой жизни разнообразных организмов, и литобиосферу — область верхних слоев литосферы, распределяющуюся до 2—3, а в отдельных местах до 6 км вглубь.

Гидросфера подразделяется на океанобиосферу и аквабиосферу; по другой классификации — на фотосферу, дисфотосферу и афотосферу.

Структурообразующие факторы здесь, помимо физической среды, энергетика (свет и тепло), особые условия формирования и эволюции жизни — эволюционные направления проникновения биоты на сушу, в ее глубины, в пространства над землей, бездны океана — несомненно, различны.

Вместе с апобиосферой, парабиосферой и другими под- и над-биосферными слоями они составляют так называемый "слоеный пирог жизни" и геосферы (экосферы) ее существования в пределах границ мегабиосферы. Аэробиосфера не имеет подсфер и полуподсфер, т. к. имеет жизнь практически только в тропобиосфере — это область положительных температур в атмосфере, которая простирается до высоты 6—6,2 км.

Эти структурные подразделения позволяют представить характер средовых условий жизни и особенности обитающих там организмов. Деление на подсферы представляет собой горизонтальное дробление трех главных вертикальных подразделений биосферы. Все основные вертикальные подразделения биосферы (гидро-, гео- и аэро-) имеют вещественные средовые различия, а в их горизонтальных делениях существуют как внутрисредовые отличия, так и общие структурные подразделения.

Например, подсферы гидробиосферы (океанобиосфера и аквабиосфера) относятся к водным средам и, следовательно, имеют одинаковые вертикальные деления среды на донную область, водную толщу и поверхностную пленку.

Вместе с тем условия обитания организмов в океанобиосфере и аквабиосфере различаются по многим физическим характеристикам среды: качеству воды, освещенности, температурному режиму, количеству кислорода, давлению и т. п., а следовательно, отличаются и видовые характеристики растительного и животного мира и образованные ими биоценозы.

Внутри аквабиосферы условия различаются также в зависимости от того, речная это или озерная пресноводная среда. Для полной структурной систематизации их разделяют по этим признакам, внутри которых происходит дальнейшее деление. Подобным образом внутри всех подсфер произошло деление на более мелкие структурные единицы. Так, внутри террабиосферы существует деление по величине и объему экосистем на следующие уровни: биогеографическое царство, биогеообласть, биозону (природный пояс), биом, индивидуальный ландшафт, биокомплекс, биогеоценоз (самая элементарная экосистемная единица).

2. Дробление биосферы на вертикальные и горизонтальные подразделения позволяет ученым исследовать функционирование отдельных экосистем и их взаимосвязи друг с другом. Это необходимо для того, чтобы создать из отдельных частей, как из мозаики, общую картину функционирования биосферы, проследить ее динамику, вывести закономерности, изучить влияние на них человечества, сделать практически полезные для общественного прогресса выводы и разработать рекомендации для общества и стратегию дальнейшего его развития. Судя по оценкам биомассы и продуктивности биомов, суммарная биомасса экосферы (в расчете на сухое вещество) составляет около 1,4 трлн т, ежегодная продукция биомассы в 10 раз меньше. Эти данные приблизительны, т. к. биомасса и продукция микроорганизмов оцениваются по косвенным данным. Живое вещество экосферы на 98,6% представлено биомассой наземных растений, которые в основном определяют и химический состав суммарной биомассы.

На основании имеющихся данных средняя суммарная продукция наземных экосистем может быть количественно охарактеризована следующим образом. В течение года 1 кг биомассы растений (сухое вещество) эффективно поглощает 5,4 Мдж фотосинтетически активной солнечной энергии, потребляет в процессе фотосинтеза 0,5 кг СО2 и 0,15 кг Н2О, выделяет 0,35 кг О2 и образует 0,3 кг суммарного органического вещества. В параллельно идущем процессе дыхания растений 2/3 этого количества окисляется с образованием 0,33 кг СО2, 0,1 кг Н2О и высвобождением 3,6 Мдж энергии. Эта энергия используется для физиологических нужд растений и рассеивается в виде теплоты. Оставшиеся 0,1 кг новообразованного органического вещества образуют биологический урожай, который расходуется гетеротрофами. Балансовые отношения: 0,17 кг СО2 + 0,05 кг Н2О = 0,12 кг О2 + 0,1 кг прироста биомассы. Чтобы представить масштаб глобального обмена биогенных элементов и производства биопродукции всей экосферой, эти цифры нужно умножить на общий множитель 1,36 х 1015.

Вопрос 22. Основные функции экосферы.

  1.  Газовая функция;
  2.  Концентрационная функция;
  3.  Окислительно-восстановительная функция;
  4.  Информационная функция;
  5.  Средообразующая функция.

1. Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию химических связей растения и другие организмы выполняют ряд фундаментальных биогеохимических функций планетарного масштаба. Одна из них — газовая функция.

Живые существа постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания растений и животных. Растения сыграли решающую роль в смене восстановительной среды на окислительную в геохимической эволюции планеты и в формировании состава современной атмосферы. Они строго контролируют концентрации 02 и СО2, оптимальные для всей современной биоты.

2. Пропуская через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений. Это относится не только к биосинтезу органики, но и к таким явлениям, как строительство раковин и скелетов; образование коралловых островов, толщ осадочных известняков, месторождений серы, некоторых металлических руд, скоплений железомарганцевых конкреций на дне океана и т. п.

Ранние этапы биологической эволюции проходили в водной среде. Организмы научились извлекать из разбавленного водного раствора необходимые для них вещества, многократно увеличивая их концентрацию в своем теле. Удаленность их концентраций между биотой и средой А. И. Перельман (1972) назвал бифильностью элементов.

3. Окислительно-восстановительная функция живого вещества тесно связана с биогенной миграцией элементов и концентрированием веществ. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях. Например, молекулярный азот — один из важнейших биогенных элементов. Но живые клетки располагают настолько эффективными катализаторами — ферментами, что способны осуществлять многие окислительно-восстанови-тельные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиогенной среде.

4. Именно с появлением первых примитивных живых существ на планете появилась и активная ("живая") информация, отличающаяся от той "мертвой" информации, которая, по Л. Бриллюэну, является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и перерабатывать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.

5. Перечисленные функции живого вещества экосферы обращены в основном к внешним факторам существования. Все вместе они образуют мощную средообразующую функцию экосферы.

Деятельность живых организмов обусловила современный состав атмосферы, от которой зависят радиационный и тепловой режимы на планете, спектральный состав достигающего поверхности Земли солнечного света.

Растительный покров существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств.

Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздуха, рек и озер; от них во многом зависит солевой состав природных вод и распределение многих химических веществ между сушей и океаном.

Благодаря растениям, животным и микроорганизмам создается почва и поддерживается ее плодородие.

Наконец, биота одарила человека пищей, одеждой, множеством вещей, создав уникальное сообщество разнообразных организмов — главное богатство планеты и окружающей человека среды.

Средообразующая функция экосферы тесно связана со средорегулирующей функцией биотической регуляцией окружающей среды. Выше, при рассмотрении параметров биотического круговорота, было показано, что биота в глобальном масштабе способна с большой точностью и долгое время поддерживать на постоянном уровне важные параметры окружающей среды, несмотря на исключительную сложность и динамичность регулируемой системы. Таким образом, биота экосферы формирует и контролирует состояние окружающей среды.

Вопрос 23. Эволюция экосферы

  1.  Движущая сила эволюции;
  2.  Этапы эволюции экосферы;
  3.  Главные закономерности эволюции организмов.

1. Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биологическая регуляция окружающей среды — закономерный результат эволюции экосферы. Согласно системообразующему принципу динамические системы, как правило, эволюционируют в сторону усложнения структурной организации и возникновения системной иерархии.

Первопричиной, источником движущей силы последовательных качественных изменений таких систем служит "накачка" энергии — проток энергии через систему и отбор наиболее эффективных преобразователей энергии, вещества и информации. Важнейшим двигателем органической эволюции является непрерывное, циклически воспроизводящееся противоречие между безграничной способностью организмов к размножению, организуемой потоком солнечной энергии, и ограниченностью материальных ресурсов.

2. Эволюция экосферы состоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготавливала возникновение жизни, и собственно биологической эволюции. Согласно сложившимся представлениям (Кальвин, 1971; Камшилов, 1979; Грант, 1980) последовательность основных этапов такова:

- добиотическая эволюция:

  1.  образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад). Первичная атмосфера имела высокую температуру и была резко восстановительной;
  2.  возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере за счет ее постепенного остывания и энергии солнечного излучения. Появляются жидкая вода, водная миграция элементов и многофазные химические реакции в растворах;
  3.  образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации простых соединений С, Н, О, N за счет энергии ультрафиолетового излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических импульсов. Аккумуляция лучистой энергии в органических веществах в результате фотохимических реакций и образование макроэргических соединений;
  4.  возникновение круговорота органических соединений углерода, включающего реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительные реакции, — зародыш биотического круговорота экосферы. Дальнейшее усложнение органических веществ и появление устойчивых комплексов макромолекул, обладающих способностью к редупликации;
  5.  возникновение молекулярных систем самовоспроизведения;

- биологическая эволюция:

  1.  возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад). Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биомембран приводит к появлению вирусоподобных тел и первичных клеток, способных к делению. Возникает биотический круговорот и формируются экосферные функции живого вещества;
  2.  развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды: биопродукция кислорода обуславливает постеленный переход к окислительной атмосфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Появление многоклеточных организмов, наземных растений и животных приводит к дальнейшему усложнению биотического круговорота;
  3.  увеличение биологического многообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и экосферы в целом. Организмами заняты все экологические ниши на планете. Полностью сформировались средообразующая функция экосферы и биологический контроль ее гомеостаза. Преобразование среды вследствие деятельности организмов оказывает обратное действие на биоту и уравновешивается ее средорегулирующей функцией;
  4.  появление человека — лидера эволюции.

3. В эволюционном процессе, основанном на свойствах самовоспроизведения, изменчивости и наследственности организмов, различают микроэволюцию и макроэволюцию.

Микроэволюция протекает на уровне популяций, рас, подвидов и заключается в отборе мелких изменений организмов, наступающих в результате случайных генетических отклонений — мутаций и генетического дрейфа.

Макроэволюцией называют эволюционные процессы надвидового уровня, вызываемые значительными изменениями в экологической среде (на уровне больших экосистем и экосферы в целом). Эти изменения бросают "вызов" многочисленным видам организмов, которые оказываются (обычно в точке бифуркации) перед выбором: принять вызов, измениться и приспособиться или погибнуть. Возникает вспышка видообразования, эволюционный скачок, приводящий к появлению совершенно новых форм организмов. Отбор в этих условиях играет преимущественно нормализующую и стабилизирующую роль, закрепляя выживание немногих уцелевших лидеров эволюции.

Главный критерий эволюции: закрепление эволюционных изменений видов животных и растений происходит только тогда, когда они способствуют лучшему размножению этих видов.

Закон необратимости эволюции: эволюция необратима: организм, популяция, вид не могут вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в предыдущих поколениях.

Закон ненаследуемости приобретенных признаков: никакие биологические изменения в строении и функциях, приобретенные в течение жизни растения, животного или человека, их потомкам не передаются.

Правило прерывистого равновесия: эволюция не представляет собой непрерывный монотонный процесс, а состоит из чередования длительных периодов преобладания микроэволюционных процессов и скачкообразных макроэволюционных изменений.

Правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации биосистем продолжительность существования вида в среднем сокращается, а темпы эволюции возрастают.

Эти законы и правила всецело относятся к биологической и отчасти к надбиологической эволюции человека.

По М.М. Камшилову (1979):

• в большом абиотическом круговороте веществ возник биотический круговорот, образовалась биосфера;

• по мере развития жизни биосфера расширяется;

• в биосфере появилось человеческое общество;

• человеческое общество стало поглощать вещество и энергию не только через биосферу, но и непосредственно из абиотической среды;

• биосфера, превратившаяся в ноосферу, стала развиваться под контролем разумной человеческой деятельности (ноогенез).

Управление взаимными отношениями человеческого общества и природы осуществляется с помощью ноогеники. Жизнь, развиваясь, все полнее осваивает вещество, энергию и потенциал информации живой природы, распространяясь за пределы Земли.

Вопрос 24. Антропогенное воздействие на биосферу.

  1.  Определение антропогенных воздействий;
  2.  Характер антропогенных воздействий;
  3.  Классификация антропогенных воздействий.

1. В результате длительной эволюции биосфера выработала способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов посредством сложного механизма круговорота веществ.

По мере возникновения, совершенствования и распространения охоты, земледельческой культуры, промышленной революции планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, во все большей степени стала испытывать влияние новых небывалых по силе, мощности и разнообразию воздействий. Вызваны они человеком, а потому называются антропогенными.

Под антропогенными воздействиями понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, военных, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящую изменения в окружающую природную среду.

2. Подавляющая часть антропогенных воздействий, вызывающая нарушение основных систем жизнеобеспечения биосферы, носит целенаправленный характер. Существуют также и стихийные, непроизвольные воздействия, имеющие характер последствий.

Последствия или проявления результатов воздействия человека на природную среду имеют две особенности:

- во времени, т. е. результаты, проявляются не только в настоящем, но и в будущем, при жизни последующих поколений;

- в пространстве, т. е. воздействие в определенном месте оказывает свое влияние на другие регионы, удаленные от точки воздействия.

3. Вся совокупность антропогенных воздействий может быть подразделена по нескольким критериям (по материально-энергетической природе, по категориям объектов, по пространственным масштабам и т. д.).

Наибольший интерес представляет классификация по общему характеру процессов антропогенного воздействия, определяемая формами человеческой деятельности:

  1.  изменение ландшафтов и нарушение целостности природных комплексов;
  2.  изъятие природных ресурсов;

загрязнение окружающей среды.

(назад)

Лекция 7.

Вопрос 25. Понятие загрязнения окружающей среды, классификация.

  1.  Определение загрязнения;
  2.  Определение загрязнения с кибернетических позиций;
  3.  Источники и объекты антропогенного загрязнения;
  4.  Классификация загрязнений.

1. Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия на биосферу является загрязнение. Большинство острейших экологических ситуаций в мире и в России так или иначе связано с загрязнением окружающей природной среды (Чернобыль, кислотные дожди, опасные отходы и т. д.).

По Н. Реймерсу: загрязнение — это привнесение в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических, информационных или биологических агентов либо превышение в рассматриваемое время естественного средне-многолетнего уровня (в пределах его крайних колебаний) концентраций перечисленных агентов в среде, нередко приводящее к негативным последствиям.

В наиболее общем виде загрязнение — это все то, что находится не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия.

Необходимо понять, что с экологических позиций те или иные компоненты вносятся не просто в воздух, в воду или почву — объектом загрязнения всегда является биогеоценоз (экосистема).

2. С кибернетической позиции загрязнение представляет собой комплекс помех (шумов) в экосистемах, воздействующих на потоки энергии и информации в пищевых цепях. При этом помехи могут влиять только на отдельные звенья пищевых цепей, не затрагивая пищевых сетей в целом — частичные помехи (уничтожение ядохимикатами вредителей в лесах, отстрел части популяции животных, вылов отдельных видов промысловых рыб). Чем сложнее пищевая сеть, структура экосистемы, тем значимость таких помех меньше, и наоборот. В то же время эмиссия загрязнений в атмосферу, воду радикально меняет качество сред, создает помехи на уровне продуцентов в целом, а значит, и ведет к полной деградации экосистемы.

Рассматривая загрязнение как комплекс помех, его можно классифицировать следующим образом:

ингредиентное (химическое) загрязнение, представляющее собой совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам;

параметрическое (физическое) загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды;

биоценотическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов;

стациалъно-деструктивное загрязнение (стация — место обитания популяции, деструкция — разрушение), представляющее собой изменение ландшафтов и экосистем в процессе природопользования.

3. Источниками антропогенного загрязнения, наиболее опасными для популяций любых организмов, являются промышленные предприятия, теплоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производство. Под влиянием урбанизации в большей степени загрязнены территории крупных городов. Природными загрязнениями могут быть пыльные бури, селевые потоки, лесные пожары, вулканический пепел и т. д.

По объектам загрязнения различают:

• загрязнение поверхностных и подземных вод;

• загрязнение атмосферного воздуха;

• загрязнение почв и т. д.

4. Согласно определению Н. Реймерса, по своей природе загрязнения бывают:

• химические;

• физические;

• биологические;

• информационные.

Наш современник, известный эколог Ю. Одум, чьи труды стали классическими, с экосистемной точки зрения делит загрязнители на два типа:

стойкие (неразлагающиеся) загрязнители, которые в естественной среде либо не разрушаются, либо разрушаются, но очень медленно. К ним относятся так называемые ксенобиотики — химические соединения, полученные человеком в результате искусственного синтеза и не входящие в число природных соединений;

загрязнители, разрушаемые биологическими процессами, для которых существуют естественные механизмы переработки. Например, бытовые сточные воды — все органические и легко окисляемые неорганические соединения разлагаются при биологической очистке.

Вопрос 26. Химическое загрязнение окружающей среды

  1.  Химические загрязнения, их трансформация и самоочищение;
  2.  Подвижность и распределение примесей в окружающей среде;
  3.  Загрязняющие вещества;
  4.  Класс опасности веществ;
  5.  Свойства химических веществ.

  1.  По Н. Реймерсу: химическое загрязнение изменение естественных химических свойств среды, превышающее средние многолетние колебания количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода.

Каждое химическое вещество обладает свойством стабильности. Но под влиянием различных факторов (температуры, рН, растворенного кислорода, инсоляции, почвенной биоты, микрофлоры и др.) вещество способно трансформироваться изменять свою химическую структуру, физико-химические свойства, биологическую активность. Трансформация вещества приводит, как правило, к снижению исходной концентрации, образуя менее опасные и токсичные продукты и таким образом влияя на процессы самоочищения сред.

Самоочищение — это естественное разрушение загрязнителя в среде в результате природных физических, химических и биологических процессов.

Однако в ряде случаев трансформация, а также взаимодействие загрязнителей приводят к образованию вторичных продуктов, обладающих свойствами, более опасными для природных сред и здоровья человека.

2. Подвижность и распределение примесей в окружающей среде определяются:

миграцией химических веществ между природными средами (воздухом, водой, почвой), например переносом загрязнения в атмосфере, его осаждением с атмосферными осадками на водную поверхность или почву;

потреблением и накоплением в живых организмах;

переносом веществ в средах, например миграцией вещества по почвенному профилю.

3. Количество загрязняющих веществ в мире огромно, и число их по мере развития технологических процессов постоянно растет.

В настоящее время известно 7—8,6 млн химических веществ и соединений, из которых 600 тыс. находит применение в деятельности человека: промышленные яды (органические растворители, красители и др.), ядохимикаты, препараты бытовой химии, лекарства, пищевые добавки, отравляющие вещества и т. д.

Из всего разнообразия химических загрязнений или поллютантов, поступающих в природные среды, можно выделить ряд наиболее значимых — "приоритетных". Это химические вещества. которые выделяются:

• своей токсичностью;

• интенсивным потоком (объемом) поступления в природные среды;

• стойкостью в экосистемах.

Ученые отдают приоритет следующим поллютантам:

диоксиду серы (с учетом эффектов вымывания из атмосферы и попадания образующихся серной кислоты и сульфатов в почву, водоемы, на растительность);

оксиду углерода и оксидам азота;

тяжелым металлам: в первую очередь свинцу, кадмию и особенно ртути с учетом цепочек ее миграции и превращения в высокотоксичную метилртуть;

• некоторым канцерогенным веществам;

диоксинам;

пестицидам, в первую очередь хлорорганическим;

ароматическим углеводородам, включая фенолы;

радионуклидам;

отравляющим веществам всех видов и категорий;

нефти и нефтепродуктам.

4. По степени опасности вредные вещества делят на четыре класса:

• первый — чрезвычайно опасные вещества с ПДК менее 0,1 мг/м3;

• второй — высоко опасные вещества с ПДК 0,1—1 мг/м3;

• третий — умеренно опасные вещества с ПДК 1—10 мг/м3;

• четвертый — мало опасные вещества с ПДК более 10 мг/м3.

5. Различные химические вещества обладают токсичными свойствами, вызывающими нарушение физиологических функций организма, что, в свою очередь, приводит к интоксикациям, отравлениям, гибели. Степень токсичности веществ характеризуют величиной токсической дозы, т. е. количеством вещества, отнесенным, как правило, к единице массы животного или человека, вызывающим определенный токсический эффект. Различают среднесмертельные (ЛД 50) > абсолютно смертельные (ЛД юо), минимально смертельные (ЛД 0-ю) и другие дозы. Цифры в индексе отражают вероятность (%) смерти в группе подопытных животных. Более определенную в количественном отношении характеристику токсичности дает ЛД 50

Чем меньше токсическая доза, тем выше токсичность данного вещества.

По токсичным свойствам вещества делят:

на тератогенные — воздействующие на организм человека в стадии внутриутробного развития, приводящие к ненаследуе-мому уродству;

мутагенные — вызывающие возникновение мутаций, т. е. изменение структуры молекул ДНК;

канцерогенные — приводящие к образованию злокачественных опухолей.

Почти все мутагены являются также канцерогенами, и наоборот.

Вопрос 27. Тяжелые металлы в природных средах

  1.  Миграция рассеянных металлов, особо опасные загрязнители;
  2.  Свинец;
  3.  Кадмий;
  4.  Ртуть.

1. В небольших количествах некоторые металлы (медь, цинк, железо, марганец, молибден и др.) необходимы для жизнедеятельности организма. Однако увеличение их содержания выше нормы вызывает токсический эффект и представляет угрозу для здоровья.

Кроме того, существует около 20 металлов, не являющихся необходимыми для функционирования организма.

Миграция рассеянных металлов в биосфере — не простое механическое перемещение: часть их выносится с суши речными водами, а часть захватывается в биологический круговорот, в процессе которого в одних условиях металлы относительно накапливаются, в других — сильнее рассеиваются.

Так называемые тяжелые металлы — свинец, медь, никель, ртуть, кобальт и др., находясь в состоянии рассеяния, обладают способностью постепенно концентрироваться в пищевых цепях.

Международная группа ученых, занимающихся изучением состояния окружающей среды, включила в список особо опасных загрязнителей три металла, находящихся в состоянии рассеяния: свинец, кадмий и ртуть. Рассмотрим подробнее геохимию этих металлов в окружающей среде.

2. Свинец — один из первых металлов, который человек научился добывать и использовать. В настоящее время ежегодно добывается около 3млн.т. свинца. Это много, если учесть, что его кларк составляет всего 0,001%.

В ничтожном количестве свинец необходим для живых организмов. Содержание его в растениях обычно незначительно. Верхний порог концентрации свинца для растений пока не установлен. Некоторые растения, например мхи и лиственница, поглощают относительно большее его количество, а береза, ива, осина — значительно меньшее.

Техногенное рассеяние металла происходило интенсивно и было обусловлено открытием, которое преследовало цель улучшить использование бензина как топлива.

Бесчисленные двигатели внутреннего сгорания на суше, на воде и в воздухе начали работу по насыщению биосферы рассеянным свинцом. При сгорании 1 л этилированного бензина выделяется от 200 до 500 мг свинца. Имеющиеся во всем мире автомобили могут поставлять в биосферу более 2млн.т. рассеянного свинца ежегодно. Этот высокоактивный, находящийся в состоянии рассеяния, а значит, легкоподвижный свинец обогащает почву вдоль дорог. Из почвы и частично непосредственно из воздуха он попадает в растения.

Рассеиваемый вдоль автострад свинец включается в биологический круговорот. Скот получает его, поедая траву; человек — с овощами, плодами, молоком и, конечно, через вдыхаемый воздух.

Свинец рассеивается не только двигателями внутреннего сгорания, но и в результате сжигания каменного угля, при добыче и обогащении руд. Он выбрасывается в атмосферу также с металлургической пылью, уходит с промышленными водами. Происходит его глобальное распространение. За последние 10 лет его содержание в океанической воде Северного полушария возросло в 3 раза и еще больше — в воде прибрежных морей и заливов. В ледяном панцире, покрывающем Гренландию, ученые проследили резкое возрастание количества свинца в годовых слоях льда.

В медицине известны случаи свинцовых отравлений, которые происходят на металлургических предприятиях.

Свинцовое отравление вызывает заболевания организма, сопровождающиеся поражением центральной и вегетативной нервной систем, нарушением обмена веществ. Кроме того, бывает медленное, незаметное отравление организма, результаты которого имеют генетические последствия.

Признаки свинцового отравления — анемия, постоянные головные боли, мышечная боль.

Деревья также подвержены свинцовому отравлению: при высоком содержании свинца в воздухе может наступить летний листопад. Но, концентрируя свинец, они тем самым очищают воздух. В течение вегетационного периода одно дерево обезвреживает соединения свинца, содержащиеся в 130л. бензина.

3. Содержание кадмия в земной коре оценивается величиной 0,000013%. Природных химических соединений кадмия всего пять, причем встречаются они очень редко. Это типичный рассеянный металл, который извлекают из цинковых руд. Годовая добыча его невелика — 13 тыс. т во всем мире.

Одновременно с производством происходит довольно значительное его рассеяние: при добыче и обогащении руд, при сжигании каменного угля. Кадмий рассеивается человеком вместе с минеральными удобрениями (входит в состав суперфосфата) и фунгицидами (противогрибковыми препаратами). Он — спутник широко применяемого цинка и всегда присутствует в изделиях, содержащих цинк. Кадмий добавляется в изделия из пластмассы для прочности, а также в составе красителей. При сжигании мусора, содержащего такие изделия, кадмий попадает в атмосферу.

Его почти невозможно изъять из природной среды, поэтому он все больше накапливается в ней и попадает в пищевые цени животных и человека. В небольших количествах кадмий даже необходим организму (регулирует содержание сахара в крови), но опасный порог легко может быть достигнут и преодолен. Он способен повышать кровяное давление, поражает почки, размягчает кости. Обладает также канцерогенными свойствами.

4. Ртути в земной коре содержится еще меньше кадмия — в количестве 0,0000045%, при этом она образует 16 природных химических соединений.

В чистой речной воде содержится ничтожное количество ртути — 0,1 мкг в литре, а в золе растений — менее одной миллионной процента.

Годовая добыча металла составляет около 9 тыс. т. Примерно половина этого количества ежегодно рассеивается: при переработке руд цветных и редких металлов, в результате сжигания каменного угля. При этом в золе остается 10% ртути, остальное переходит в парообразное состояние. Электростанция мощностью 700 МВт, работающая на угле, каждый день выбрасывает через дымовые трубы 2,5 кг ртути.

Другой источник техногенной атмосферной ртути — цементное производство. Обжигание известняка и глинистых сланцев происходит при весьма высокой температуре — до 1500°С. Этого достаточно, чтобы ртуть, рассеянная в осадочных породах, перешла в атмосферу. Ртутные пары выделяются в воздух также при переработке полиметаллических руд — при производстве свинца, цинка, меди. В атмосфере ртуть адсорбируется частицами пыли, при этом ее отношение к весу пыли часто бывает 1:1.

Кроме того, в атмосферу ртуть постоянно поступает с вулканическими газами при извержениях и с горячими источниками.

Достаточно большое количество ртути попадает в воздух самым прозаическим образом — при разбивании стеклянных медицинских термометров. Любители статистики подсчитали, что в США ежегодно выделяется в окружающую среду из разбитых термометров 60т. ртути.

Вопрос 28. Пестициды в природных средах

  1.  Назначение пестицидов;
  2.  Количество производимых пестицидов;
  3.  Типы пестицидов;
  4.  Попадание пестицидов в природные среды;
  5.  Влияние пестицидов на живые организмы;
  6.  Устойчивость пестицидов в природных средах;
  7.  Результат применения пестицидов.

1. Отравляющими нашу природную среду являются не только известные вредные вещества, но и приносящие, казалось бы, явную пользу в сельском хозяйстве — синтетические яды или пестициды.

Многочисленные синтетические яды для борьбы с вредными с точки зрения человека организмами — пестициды (биоциды) включают вещества различного назначения:

• инсектициды — для уничтожения насекомых;

• фунгициды — средства против грибков;

• гербициды — угнетатели сорняков и др. Пестициды первого поколения производились на базе:

• опасных для насекомых ядов, найденных в растениях (кофеин, никотин, чесночное масло и др.);

• устойчивых неорганических соединений, полученных из токсичных металлов (мышьяк, свинец, ртуть).

2. С 1945 г. химики разработали множество синтетических органических химических веществ. Ежегодно в мире производится около 2,5 млн т пестицидов — в среднем по 0,45 кг на одного жителя Земли. В США производится около 50000 видов пестицидов: 85% приходится на долю гербицидов, 10% — инсектицидов, 5% фунгицидов; огромная доля этих веществ применяется при выращивании кукурузы, хлопка, пшеницы, сои.

3. Существует несколько типов инсектицидов.

Хлорорганические инсектициды — гексахлоран, ДДТ и т. д. — обычно слаборастворимы в воде, но хорошо растворимы в растительных и животных жирах; очень устойчивы ко всем видам разложения и могут сохраняться в почве десятилетиями, аккумулируясь при систематическом применении.

Фосфороорганические инсектициды — карбофос, фосфамид, метафос, амифос и др. — в почве и других природных средах распадаются сравнительно быстро. При этом они отличаются высокой эффективностью и избирательностью действия и их применение весьма перспективно.

Карбаматные инсектициды представляют сложные эфиры карбаминовой кислоты. Отличаясь высокой токсичностью для отдельных видов насекомых, эти препараты почти полностью безвредны для теплокровных позвоночных и человека.

4. Попадание пестицидов в атмосферу осуществляется непосредственно при их использовании в виде газов, паров, аэрозолей или при распылении любых форм пестицидов с самолета. С воздушными массами они могут переноситься на большие расстояния и вызывать загрязнение окружающей среды там, где вообще не применялись или использовались в меньших количествах.

Пестициды поступают в биосферу также с протравленными семенами, отмирающими частями растений, трупами насекомых; мигрируют в почве, водах. Так, остаточные количества пестицидов обнаруживают на глубине 200 см и более.

5. Влияние пестицидов на живые организмы велико. Даже низкие концентрации ядохимикатов в природных водах ухудшают органолептические свойства воды. Накопление пестицидов в трофической цепи чрезвычайно опасно: планктон и мальки, селективно поглощающие токсиканты, сами служат пищей более крупным организмам, обитающим в водоеме. Если процесс концентрирования хлорорганических углеводородов повторяется на нескольких звеньях пищевой цепи, то в конце их концентрация токсикантов может оказаться очень высокой.

В результате аккумуляции пестицидов уменьшается численность популяций некоторых видов рыб: отравление токсикантами снижает их сопротивляемость болезням, вызывает потерю теплового равновесия со средой и ухудшает способность к воспроизведению потомства.

Отмечены сотни случаев массовой гибели птиц и насекомых, а также почвенных микроорганизмов в местах интенсивного применения пестицидов.

6. В идеальном случае пестицид, оказав требуемое действие на вредителя, должен был бы разрушиться, образовав безвредные продукты разложения. Однако большинство пестицидов представляет собой устойчивые трудноразлагаемые соединения, в которых непосредственно используется 4—5% внесенного количества, а остальная масса рассеивается в агроэкосистеме, попадая в почвы, растения и другие компоненты окружающей среды.

Под устойчивостью пестицида понимают его способность сохраняться в почвах определенное время, измеряемое периодом полураспада, т. е. временем, необходимым для разрушения 50% внесенного в почву пестицида.

7. Полвека применения пестицидов принесли человечеству и победы, и поражения. Подводя итог результатам многолетнего применения пестицидов, специалисты и ученые разных стран едины в том, что "мероприятия по расширению применения ядохимикатов были самыми дорогими, самыми вредными и наименее эффективными из всего того, что можно представить".

Практически полностью проиграна химическая война с вредителями сельского хозяйства: обусловленные ими потери урожая даже возросли, хотя затрачены многие миллиарды на производство и применение пестицидов. Насекомые приспосабливаются, повышают устойчивость и агрессивность быстрее, чем разрабатываются новые эффективные лишь на какое-то время препараты или выводятся новые устойчивые сорта растений.

Наряду с этим мы все чаще сталкиваемся с угрожающими проявлениями побочного действия пестицидов: по имеющимся данным, отравление пестицидами каждый год поражает более 2млн. человек и уносит до 50 тыс. жизней.

Между тем контроль остаточных количеств пестицидов производится у нас только для 5% сельскохозяйственной продукции и проб питьевой воды. При этом контролируется содержание только 20—30 из четырехсот разрешенных к применению препаратов.

Вопрос 29. Нефть и нефтепродукты

  1.  Состав нефти;
  2.  Нефтяная пленка на поверхности Мирового океана;
  3.  Трансформация нефтяных углеводородов;
  4.  Воздействие нефтепродуктов на состояние гидробионтов;
  5.  Последствия попадания нефтяных углеводородов на почву.

1. Нефть представляет собой смесь различных веществ, из которых 50—88% (в зависимости от происхождения) приходится на углеводороды, а остальная часть — на соединения, содержащие, помимо углерода и водорода, кислород, азот, серу. В составе нефти обнаруживается свыше 1000 индивидуальных органических веществ; каждое из этих соединений может рассматриваться как самостоятельный токсикант.

Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти — углеводороды — подразделяются на четыре класса: парафины (до 90% от общего состава) — устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максима-льной летучестью и растворимостью в воде;

циклопарафины (30—60% от общего состава) — насыщенные циклические соединения с пятью-шестью атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана, в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению;

ароматические углеводороды (20—40% от общего состава) — ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на шесть атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен); олефины (до 10% от общего состава) — ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле.

2. Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане.

Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод — все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Большие массы нефти поступают в моря по рекам с бытовыми и ливневыми стоками.

Если учесть, что в Мировой океан и поверхностные воды суши ежегодно привносится 15—17 млн. т нефти и нефтепродуктов, а 1 т нефти покрывает тонкой пленкой акваторию в среднем площадью 12 км2, то потенциально 150—180 млн. км поверхности Мирового океана каждый год покрывается нефтяной пленкой. Эта оценка условна, т. к. не учитывает скорости разложения отдельных компонентов нефти, ее способности коагулировать, сбиваясь комками, но тем не менее многими исследователями отмечено, что нефтяные пятна на поверхности океанических вод между Европой и Северной Америкой уже смыкаются.

3. Мономолекулярный слой нефти на 50% снижает газопропускание, и нефтяные загрязнения препятствуют нормальному газо- и теплообмену между атмосферой и гидросферой. В результате физических, химических и биологических процессов, протекающих под воздействием воды и солнечных лучей, нефтяные углеводороды постепенно утрачивают свои первоначальные индивидуальные свойства. Перемещаясь по поверхности океана под воздействием ветра, течений, приливов и отливов, нефть растворяется, осаждается, подвергается фотолизу и биологическому разложению. Ее состав постоянно меняется вследствие разложения и трансформации отдельных компонентов.

В результате наблюдений установлено, что в течение нескольких дней до 25% нефтяного пятна исчезает за счет испарения и растворения низкомолекулярных фракций, причем ароматические углеводороды растворяются быстрее, чем парафины с открытыми цепями.

4. Ультрафиолетовая составляющая солнечной радиации существенно ускоряет деструкцию компонентов нефти, однако с экологической точки зрения этот процесс опасен из-за образования продуктов распада, как правило, сильно токсичных для гидробионтов. После испарения наиболее летучих компонентов процесс разрушения нефтяной пленки замедляется, т. к. остатки подвергаются биологическому и химическому разрушению. Биохимическое разложение основной массы разлитой нефти протекает очень медленно, т. к. в природе не существует какого-либо определенного вида микроорганизмов, способного разрушить все компоненты нефти. Бактериальное воздействие на них отличается высокой селективностью и полное разложение нефти требует воздействия многочисленных бактерий разных видов, причем для разрушения образующихся промежуточных продуктов требуются свои микроорганизмы.

Тяжелые фракции нефти не разлагаются и не осаждаются в морской воде. Они образуют с ней стойкие эмульсии, чему способствует присутствие в водоемах взвешенных органических частиц, бактерий и планктона. Со временем эмульсии коагулируют с образованием смолистых сгустков, которые плавают на поверхности воды и выбрасываются приливом на сушу, загрязняя побережья, пляжи, портовые сооружения. Процессы химического окисления нефти в водной среде протекают значительно медленнее — их скорость составляет всего 10—15% скорости биохимического окисления. Особенно опасны попадания больших объемов нефти в воды высоких широт. При низких температурах разложение идет еще медленнее, и нефть, сброшенная в арктические моря, может сохраняться до 50 лет, нарушая нормальную жизнедеятельность водных биоценозов.

Массовая гибель морских организмов отмечается, как правило, в прибрежных районах, где их обитает особенно много. При загрязнении морской воды вдали от берегов, на больших глубинах, токсичные нефтяные фракции успевают частично испариться, частично разбавиться водой до менее опасных концентраций. Однако и в сравнительно невысоких концентрациях ароматические углеводороды нефти оказывают негативное воздействие на морские биоценозы.

Эффекты покрытий нефтепродуктами и гибели находящихся в зоне прилива планктона, низкорастущих растений и птиц хорошо известны. Нефтепродукты нарушают изолирующие свойства оперения, а при попытке очистить перья птицы заглатывают загрязнения и погибают. Только в Северном море и Северной Атлантике нефтяные загрязнения являются причиной гибели 150—450 тыс. птиц в год. В акваториях с замедленным водообменом (заливы, бухты) наблюдается почти полное уничтожение морской флоры и фауны. Нефтяные разливы в реках создают в межсезонный период непроходимый барьер для некоторых видов рыб, чувствительных к углеводородному загрязнению.

  1.  Попадание нефтяных углеводородов в почву также вызывает негативные последствия. В районах нефтедобычи и нефтепереработки наблюдается интенсивная трансформация морфологических и физико-химических свойств почв. Глубина лх изменения зависит от продолжительности загрязнения, состава и концентрации компонентов нефти, ландшафтно-геохимических особенностей территории и проявляется в смещении реакции почвенного раствора в щелочную сторону, повышении общего содержания углерода в почве в 2—10 раз, а количества углеводородов в 10—100 раз. Существенно меняются морфологические свойства почв.

(назад)

Лекция 8.

Вопрос 30. Шумовое загрязнение

  1.  Определение шумового загрязнения.
  2.  Влияние шума на здоровье человека.
  3.  Основные источники антропогенного шума.
  4.  Меры защиты от шума.

1. Загрязнение среды шумом возникает в результате недопустимого превышения естественного уровня звуковых колебаний. С экологической точки зрения в современных условиях шум не просто становится неприятным для слуха, но и приводит к серьезным физиологическим последствиям для человека.

В зависимости от слухового восприятия человека упругие колебания в диапазоне частот:

• от 16 до 20000 Гц называют звуком;

• менее 16 Гц - инфразвуком;

• от 20000 до 1109 — ультразвуком;

• свыше 1 х 109 — гиперзвуком. .

Человек способен воспринимать звуковые частоты лишь в диапазоне 16-20000 Гц.

Единица измерения громкости звука, равная 0,1 логарифма отношения данной силы звука к пороговой (воспринимаемой ухом человека) его интенсивности, называется децибелом (дБ). Диапазон слышимых звуков для человека составляет от 0 до 170 дБ.

2. Естественные природные звуки на экологическом благополучии человека, как правило, не отражаются. Звуковой дискомфорт создают антропогенные источники шума, которые повышают утомляемость человека, снижают его умственные возможности, значительно понижают производительность труда, вызывают нервные перегрузки, шумовые стрессы и т. д. Высокие уровни шума (> 60 дБ) вызывают многочисленные жалобы, при 90 дБ органы слуха начинают деградировать, 110—120 дБ считается болевым порогом, а уровень антропогенного шума свыше 130 дБ — разрушительным для органа слуха пределом.

Многочисленные эксперименты и практика подтверждают, что антропогенное шумовое воздействие неблагоприятно сказывается на организме человека и сокращает продолжительность его жизни, ибо привыкнуть к шуму физически невозможно. Человек может субъективно не замечать звука, но от этого разрушительное действие его на органы слуха не только не уменьшается, , но и усугубляется.

Неблагоприятно влияют на питание тканей внутренних органов и на психическую сферу человека и звуковые колебания с частотой менее 16 Гц (инфразвуки). Так, например, исследования, проведенные датскими учеными, показали, что инфразвуки вызывают у людей состояние, аналогичное морской болезни, особенно при частоте менее 12 Гц.

3. Основные источники антропогенного шума транспорт (автомобильный, рельсовый и воздушный) и технологическое оборудование промышленных предприятий (вентиляционные, компрессорные, газотурбинные установки; пневмотранспорт, двигатели внутреннего сгорания и др.). Наибольшее шумовое воздействие на окружающую среду оказывает автотранспорт (80% от общего шума). В настоящее время на автомобильных дорогах крупных городов России уровень шума от транспорта в дневное время достигает 90—100 дБ и даже ночью в некоторых районах не опускается ниже 70 дБ (предельно допустимый уровень шума для ночного времени — 40 дБ).

4. В России защита от шумового воздействия регламентируется Федеральным законом "Об охране окружающей среды", а также рядом нормативных документов.

Для защиты населения от шумового воздействия необходим комплекс мер: законодательных — нормативно-законодательными актами регламентируются интенсивность шума, время действия и другие параметры; установлены единые санитарно-гигиенические нормы и правила по ограничению шума на предприятиях, в городах и других населенных пунктах, в основу которых положены такие уровни шумового воздействия, которые в течение длительного времени не вызывает неблагоприятных изменений в организме человека, а именно: 40 дБ днем и 30 — ночью. Допустимые уровни транспортного шума установлены в пределах 78—84 дБ и со временем будут снижаться;

технико-технологических — они сводятся к шумозащите (т. е. установке звукоизолирующих кожухов станков; глушителей выбросов на транспорте; шумопоглощающего асфальта; звукопоглощению, замене колодочных тормозов на дисковые и др.);

архитектурно-планировочных, предусматривающих создание шу-мозащитных зданий, т. е. обеспечивающих помещениям нормальный акустический режим с помощью конструктивных, инженерных и других мер (герметизации окон, двойных дверей с тамбуром, облицовки стен звукопоглощающими материалами и др.);

градостроительных, предусматривающих зонирование с выносом источников шумов за пределы застройки; организацию транспортной сети, исключающей прохождение шумных магистралей через жилые застройки; удаление источников шума и устройство защитных зон вокруг и вдоль источников шумового воздействия и организацию зеленых насаждений; прокладку магистралей в туннелях.

Вопрос 31. Радиоактивное загрязнение

Корпускулярное и электромагнитное излучение.

Воздействие радиоактивного излучения на живой организм.

Соматическое и генетическое воздействие излучения на живой организм.

Количественная оценка воздействия излучения на живой организм.

Характерные антропогенные радиационные воздействия на окружающую среду.

Радиоактивные отходы.

Воздействие радиации сказывалось на всем протяжении длительной истории формирования жизни на Земле.

Радиоактивностью обладают некоторые изотопы элементов. В настоящее время известно 50 естественных и 200 искусственных нуклидов. К радиоактивному загрязнению относятся корпускулярное и электромагнитное излучения.

Корпускулярное альфа-излучение — поток ионизированных атомов гелия, движущийся со скоростью, близкой к световой. Сюда же относятся нейтронные, космические лучи и некоторые ядерные частицы — нуклоны.

Электромагнитное — это рентгеновское (с длиной волны, 1.0",'2 — 10"9 м) и гамма-излучение (с длиной волны < Ю-12 м). -..,. .

2. Радиоактивное излучение проникает через живые ткани подобно крошечным пулям. Оно не оставляет внешних следов и само по себе не ощущается, но способно разрушать органические молекулы клеток. В больших дозах радиация может привести к тому, что клетки перестанут делиться. Может возникнуть так называемая лучевая болезнь, которая может привести к смерти уже через несколько дней или месяцев после облучения. А очень сильная радиация способна полностью разрушить клетки и вызвать мгновенную гибель.

Радиация опасна и в низких дозах, т. к. может повреждать молекулы ДНК, т. е. генетический материал организма. Слабые дозы облучения, незаметно воздействуя на людей, повышают возможность возникновения у них раковых заболеваний и рождения неполноценного потомства. Хотя долгие годы эти воздействия могут никак не проявляться внешне.

3. Различают воздействие радиации соматическое и генетическое.

Соматическое воздействие вызвано прямым воздействием радиации на живой организм, начиная от значительного снижения средней возможности выживания и кончая мгновенной гибелью.

Генетическое воздействие определяет, что последствия облучения влияют на развитие и формирование половых клеток (мутагенное влияние радиации). Возникновение мутаций обусловлено изменением хромосом и химическим нарушением генетического кода. Генетически опасна доза радиации любой интенсивности.

4. Для количественной характеристики воздействия излучения на человека используют единицы — биологический эквивалент рентгена (бэр) или зиверт (ЗВ): 13В = 100 бэр.

В результате внутреннего и внешнего облучения человек в течение года получает дозу 0,1 бэр (естественный фон) и, следовательно, за всю свою жизнь - около 7 бэр. Распространенными источниками превышения естественного фона являются извлекаемые на поверхность земли горные породы, уголь и сланцы, сырье для минеральных удобрений, строительные материалы и подземные воды, содержащие небольшие количества радиоактивных элементов. Они добавляют к фону, в зависимости от региональных особенностей, от 6 до 12 мбэр/г. Кроме случаев применения терапевтических доз, эти источники увеличивают радиационную нагрузку в среднем еще на 30—40 мбэр/г.

5. Характерные антропогенные радиационные воздействия на окружающую среду следующие:

загрязнение атмосферы и территорий продуктами ядерных взрывов при испытаниях ядерного оружия;

отравление воздушного бассейна выбросами пыли; загрязнение территорий шлаками, содержащими радиоактивные вещества при сжигании ископаемых топлив в котлах электростанций;

загрязнение территорий при авариях и утечках в ядерно-топливном цикле: от добычи и обогащения урановой руды до захоронения отходов.

Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г. по своим глобальным последствиям является крупнейшей экологической катастрофой в истории человечества. Суммарный выброс радиоактивных продуктов в атмосферу оценивается в 77 кг (для сравнения — при взрыве атомной бомбы над Хиросимой было выброшено 740 г радионуклидов), причем большая часть их отмечалась в радиусе до 300—400 км от станции. Искусственными радионуклидами была загрязнена значительная часть европейской территории СНГ площадью более 100 тыс. км2. В состав радиоактивных осадков вошло около 30 радионуклидов.

Более локальные, но не менее неприятные последствия — гибель озер, рек из-за неочищенных радиоактивных сбросов промышленных предприятий.

6. Опасность радиоактивного загрязнения связана со складированием, хранением отходов АЭС и других объектов, а также с переработкой отработанного ядерного топлива.

Радиоактивные отходы (РАО) твердые, жидкие или газообразные продукты ядерной энергетики, военных производств, других отраслей, содержащие радиоактивные изотопы в концентрации, превышающей утвержденные нормы. Радиоактивные элементы, например стронций-90, передвигаясь по пищевым (трофическим) цепям, вызывают стойкие нарушения жизненных функций вплоть до гибели клеток и всего организма. Некоторые радионуклиды могут сохранять смертоносную токсичность в течение 10—100 млн лет. По удельной активности их подразделяют на низкоактивные (менее 0,1 Ки/м3), среднеактивные (0,1—100 Ки/м3) и высокоактивные (свыше 1000 Ки/м3).

На территории России суммарная активность незахороненных отходов составляет 1,5 млрд Ки, что равняется 30 Чернобылям.

Жидкие РАО в виде концентрата хранятся в специальных емкостях, твердые — в спецхранилищах. В России на сегодня уровень заполнения емкостей и складов для РАО на АЭС составил более 60%, и при нынешних темпах все емкости могут быть заполнены уже через несколько лет.

На ряде предприятий Минатома (ПО "Маяк", "Сибирский химический комбинат" и др.) жидкие низко- и среднеактивные РАО хранятся в открытых водоемах (например озеро Карачай в Челябинской области), что может привести к радиоактивному заражению обширных территорий в случае внезапных стихийных бедствий (землетрясений, наводнений и др.), а также проникновению радиоактивных веществ в подземные воды.

Огромное количество небольших захоронений радиоактивных отходов (иногда забытых) рассеяно по всему миру. Так, только в США их выявлено несколько десятков тысяч, из которых многие являются активными источниками радиоактивного излучения.

Актуальны проблемы, связанные со списанием кораблей ВМФ с ядерными силовыми установками: при этом возрастет накопление радиоактивных отходов, особенно после запрещения в 1993 г. сброса РАО в море.

Вопрос 32. Электромагнитное загрязнение

  1.  Естественное магнитное поле Земли, его воздействие на состояние экосистем.
  2.  Основные источники электромагнитного загрязнения.
  3.  Воздействие радиотелевизионных и радиолокационных станций на среду обитаня.
  4.  Защита от ЭМП.

По Н. Реймерсу: электромагнитное загрязнение возникает в результате изменений электромагнитных свойств среды, приводящих к нарушениям в работе электронных систем и изменениям в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах.

На протяжении миллиардов лет естественное магнитное поле

Земли, являясь первичным периодическим экологическим фактором, постоянно воздействовало на состояние экосистем. В ходе эволюционного развития структурно-функциональная организация экосистем адаптировалась к естественному фону. Некоторые отклонения наблюдаются лишь в периоды солнечной активности, когда магнитное поле Земли испытывает кратковременные резкие изменения своих основных характеристик (магнитные бури), неблагоприятно отражающиеся на состоянии всех экосистем, включая и организм человека. В этот период отмечается ухудшение состояния больных, страдающих сердечнососудистыми, нервно-соматическими и другими заболеваниями. Влияет магнитное поле и на животных, в особенности на птиц и насекомых.

В последнее время, в связи с широчайшим развитием электронных систем управления, передач, связи, электроэнергетических объектов, на первый план вышло антропогенное электромагнитное загрязнение создание искусственных электромагнитных полей, придавая геофизическим факторам новые направления.

Основные источники этого воздействия — электромагнитные поля от линий электропередач (ЛЭП), от радиотелевизионных и радиолокационных станций.

Особый интерес представляет ЭМП вблизи высоковольтных линий промышленной (50 Гц) частоты. Их в России сейчас более 4,5 млн. км напряжением от 6 до 1150 кВ. Линии электропередач (ЛЭП) и некоторые другие энергетические установки создают электромагнитные поля промышленных частот (50 Гц) в сотни раз выше среднего уровня естественных полей. Напряженность поля (Е) под ЛЭП может достигать десятков тысяч В/м.

Отрицательное воздействие электромагнитных полей на человека и на те или иные компоненты экосистем прямо пропорционально мощности поля и времени облучения. Неблагоприятное воздействие электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП, проявляется уже при напряженности поля, равной 1000 В/м. У человека нарушаются эндокринная система, обменные процессы, функции головного и спинного мозга и др.

3. Воздействие неионизирующих электромагнитных излучений от радиотелевизионных и радиолокационных станций на среду обитания человека связано с формированием высокочастотной энергии. Японскими учеными обнаружено, что в районах, расположенных вблизи мощных излучающих теле- и радиоантенн, заметно повышаются заболевания катарактой глаз. Медико-биологическое негативное воздействие электромагнитных излучений возрастает с повышением частоты, т. е. с уменьшением длины волн.

В целом можно отметить, что неионизирующие электромагнитные излучения радиодиапазона от радиотелевизионных средств связи, радиолокаторов и других объектов приводят к значительным нарушениям физиологических функций человека и животных.

4. Защита от электромагнитных полей и излучений в нашей стране регламентируется Федеральным законом "Об охране окружающей среды" и рядом других нормативных документов.

Основной способ защиты населения от возможного вредного воздействия электромагнитных полей от линий электропередач (ЛЭП) — создание охранных зон шириной от 15 до 30 м в зависимости от напряжения ЛЭП; при этом требуется отчуждение больших территорий и исключение их из пользования в некоторых видах хозяйственной деятельности.

Уровень напряженности электромагнитных полей снижают также с помощью устройства различных экранов, в т. ч. из зеленых насаждений, выбора геометрических параметров ЛЭП, заземления тросов и других мероприятий. В стадии разработки


находятся проекты замены воздушных линий ЛЭП на кабельные и подземной прокладки высоковольтных линий.

Для защиты населения от неионизирующих электромагнитных ^"излучений, создаваемых радиотелевизионными средствами связи и радиолокаторами, используется также метод защиты рас-ья-Устоянием. С этой целью устраивают санитарно-защитную зону, размеры которой должны обеспечить предельно допустимый уровень напряженности поля в населенных местах. Коротковолновые радиостанции большой мощности (свыше 100 кВт) размещают вдали от жилой застройки, вне пределов населенного пункта.

Вопрос 33. Биологическое загрязнение

  1.  Определение биологического загрязнения и его источники.
  2.  Биологическое загрязнение среды возбудителями инфекционных и паразитарных болезней.
  3.  Основные виды биологического загрязнения.
  4.  Интродукция видов.
  5.  Защита от биологического загрязнения.

1. Под биологическим загрязнением понимают привнесение в экосистемы в результате антропогенного воздействия нехарактерных для них видов живых организмов (бактерий, вирусов и др.), ухудшающих условия существования естественных биотических сообществ или негативно влияющих на здоровье человека.

Основными источниками биологического воздействия являются: сточные воды предприятий пищевой и кожевенной промышленности; бытовые и промышленные свалки;

кладбища;

канализационная сеть; поля орошения и др.

Из этих источников разнообразные органические соединения и патогенные микроорганизмы попадают в почву, горные породы и подземные воды. По данным санэпиднадзора, патогенные кишечные палочки обнаруживаются в подземных водах на глубине до 300 м от поверхности Земли.

2. Особую опасность представляет биологическое загрязнение среды возбудителями инфекционных и паразитарных болезней, в результате чего возможна вспышка кишечных инфекций, вирусного гепатита, холеры и др. Значительные изменения окружающей среды в результате антропогенного воздействия приводят к непредсказуемым последствиям в поведении популяций возбудителей и переносчиков опасных для человека и животных болезней.

3. Особенно загрязняют среду предприятия, производящие антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, кормовой белок, биоконцентраты и др., т. е. предприятия промышленного биосинтеза, в выбросах которых присутствуют живые клетки микроорганизмов. Новая экологическая опасность создается также в связи с развитием биотехнологии и генной инженерии. При несоблюдении санитарных норм возможно попадание из лаборатории или завода в окружающую природную среду микроорганизмов и биологических веществ, оказывающих весьма вредное воздействие на биотические сообщества, здоровье человека и его генофонд.

К биологическому загрязнению можно отнести чрезмерную экспансию живых организмов. Так, в городах наличие свалок, несвоевременная уборка бытовых отходов привели к численному росту синантропных животных: крыс, насекомых, голубей, ворон и др.

Одним из видов биологического загрязнения окружающей природной среды является также создание бактериологического (биологического) оружия, которое способно вызвать массовые инфекционные заболевания людей и животных чумой, холерой, сибирской язвой и другими болезнями, даже попадая в их организм в ничтожно малых количествах. Многие бактерии способны образовывать споры, которые могут сохраняться в почве в течение десятилетий.

4. Актуальным вопросом биобезопасности, имеющим важное значение для сохранения биоразнообразия, являются генетические и экологические последствия преднамеренной и непреднамеренной интродукции (внедрения) животных и растений в местные природные биоценозы. Хрестоматийный пример — нашествие кроликов на Австралию. В 1859 г. туда ввезли 24 особи европейского кролика. В 1950 г. их было здесь уже несколько сот миллионов. Кролики угрожали вытеснить местных животных — кенгуру, лишили корма целые стада овец и, уничтожив растительность, изменили облик обширных ландшафтов. Непродуманное вселение кроликов обернулось экологической катастрофой. Ни массовый отстрел, ни ловушки, ни хищники — ничто не остановило это нашествие.

В 1950 г. в Австралию был специально завезен микроорганизм Миксона, вызывающий у всех видов кроликов и зайцев смертельную болезнь — миксоматоз. От больного животного его . разносят насекомые и распространяется он в популяциях очень быстро. В первые годы погибло 99,8% заболевших кроликов, через несколько лет — 90%, потом — 50%, и, наконец, смертность не превышала 5%. Кролики снова стали проникать во многие места, откуда, казалось бы, были вытеснены навсегда.

5. Предупреждение, своевременное выявление, локализация и устранение биологического загрязнения достигаются комплексными мерами, связанными с противоэпидемической защитой населения. В число мер входят санитарная охрана территории, введение в необходимых случаях карантина, постоянный эпи-днадзор за циркуляцией вирусов, эколого-эпидемиологические наблюдения, слежение и контроль за очагами опасных вирусных инфекций.

Вопрос 34. Проблемы урбанизации

  1.  Урбанизация.
  2.  Мегаполисы.
  3.  Экологические проблемы большого города.
  4.  Агломерации и метрополии.

1. В XX в. произошел переход от аграрного к индустриально-урбанистичес-кому типу взаимоотношений человека с окружающей средой — век "городской революции".

Урбанизация — это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов в развитии общества. Рост численности населения и его плотности — характерная черта городов.

К 2000 г. городское население Земли составило 51,3% населения планеты, в РФ — 74% (к началу 90-х гг.).

Современные крупные города сегодня — это точки роста земной цивилизации, центры притяжения человеческих и материальных ресурсов. Но и значительная концентрация населения в городах неизбежно влечет за собой нарастание экономических, социальных и экологических проблем. Неизбежными следствиями урбанизации предстают: загрязнение среды; огромный рост потребности в ресурсах, сырье, территориях. Антропогенное давление формирует для горожан жизненную среду, которая по множеству параметров не соответствует условиям нормальной жизнедеятельности человека, существенно влияет на его здоровье. Для жителей городов характерен "синдром большого города", проявляющийся в подавленном состоянии, психической неуравновешенности, непредсказуемости и агрессивности.

Установлено, что негативные состояния в организме и психическое состояние человека ("психологическая усталость") нарастают пропорционально сокращению жизненного пространства, увеличению плотности населения. Горожане так или иначе адаптируются к условиям среды жизни, хотя часто и очень высокой ценой.

2. Мегаполисы города-гиганты с населением свыше 1 млн человек. В них особо остро стоят проблемы загрязнения атмосферного воздуха, водоемов, водоснабжения, сильного шумового воздействия и ЭМП, а также социальные и психологические проблемы.

Самыми большими мегаполисами мира в наше время являются Токио (свыше 26 млн человек) и Мехико — 14 млн человек (по данным на 1990 г.). В первое десятилетие XXI в. рубежа в 16 млн человек могут достигнуть и даже превысить такие города, как Бомбей, Каир, Джакарта и Карачи; рубежа в 20 млн и выше — Сан-Паулу, Калькутта, Сеул. Население Москвы к концу XX в. достигло 10 млн человек. Общая площадь урбанизированных территорий Земли в 1980 г. составила 4,69 млн км2, а к 2007 г. она достигнет 19 млн км2 - 12,8% всей и более 20% жизнепри-годной территории суши. К 2030 г. практически все население мира будет жить в поселках городского типа (Реймерс, 1990).

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

Шум и пыль — наиболее характерные антиэкологические атрибуты большого города. Совокупность различных источников шума приводит к значительному снижению производительности труда, истощению нервной системы, обострению заболеваний. Для снижения шума на улицах городов высаживают плотные ряды деревьев (елей, тополей, каштанов), которые также препятствуют формированию неблагоприятных ветровых режимов, активно очищают и кондиционируют воздух, регулируют режим влажности и температуры.

Запыленность над урбанизированными территориями за последние 50 лет увеличилась на 70%, что привело к образованию защитного экрана для солнечной радиации, в результате чего ее поступление снизилось до 15%, увеличились осадки, а также продолжительность облачных и туманных периодов.

4. Наблюдается процесс срастания агломераций скоплении городов; формируются обширные урбанизированные зоны, гигантские метрополии сгустки городов. Крупнейшие метрополии образованы сегодня в США вдоль Атлантического побережья между Бостоном и Вашингтоном (с численностью около КО млн. человек), в районе Великих озер и в Калифорнии. И Японии - урбанизированный район Токайдо с численностью 60 млн. человек.

Управление процессами взаимодействия таких урбанистических образований с окружающей природной средой крайне затруднено из-за их значительной масштабности и многогранности.

(назад)

Лекция 9.

Вопрос 35. Экология и здоровье человека

  1.  Влияние экологических факторов городской среды на человека.
  2.  Связь между загрязнением окружающей среды и состоянием здоровья населения.

1. Человек живет в искусственном мире, не имеющем аналогии в природе и способном существовать только при постоянном обновлении (урбанизированная или городская среда).С медико-биологических позиций наибольшее влияние экологические факторы городской среды оказывают на нижеследующие тенденции.

Акселерация это ускорение развития отдельных органон или частей организма по сравнению с некой биологической нормой, например увеличение размеров тела и значительный сдвиг во времени в сторону более раннего полового созревания. Ученые полагают, что это эволюционный переход в жизни вида, вызнанный улучшающимися условиями жизни: хорошим питанием, снявшим лимитирующее действие пищевых ресурсов, что спровоцировало процессы отбора, ставшие причиной акселерации. Аллергия — извращенная чувствительность или реактивность организма к тому или иному веществу (аллергену). Причина аллергических заболеваний (бронхиальной астмы, крапивницы, лекарственной аллергии, ревматизма, волчанки красной 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 иммунная система человека ранее не испытывала.

Онкологическая заболеваемость и смертность — одна из наиболее показательных медицинских тенденций неблагополучия в данном городе. 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.

К канцерогенам (веществам, вызывающим опухоли) относятся многие циклические углеводороды, азотокрасители, алкалирующие соединения. 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.

Экологический подход к этому явлению говорит о том, что первопричиной рака в большинстве случаев являются процессы приспособления обмена веществ к воздействию новых, отличных от природных, факторов и, в частности, канцерогенных веществ. Вообще, рак может спровоцировать любой фактор среды, например превышение верхней пороговой концентрации загрязнителей воздуха, питьевой воды, токсичных химических элементов в рационе питания и т. п., т. е. когда нормальная регуляция функций организма становится невозможной, и организм приходит в разбалансированное состояние.

Рост доли лиц с избыточным весом также явление, вызванное особенностями городской среды. Переедание, малая физическая активность и прочее, безусловно, здесь имеют место. Рождение на свет большого количества недоношенных, а значит, физически незрелых детей — показатель крайне неблагоприятного состояния среды обитания человека. Оно связано с нарушениями в генетическом аппарате и просто с ростом адаптируемости к изменениям среды.

Инфекционные болезни тоже не искоренены в городах. Количество людей, пораженных малярией, гепатитом и многими другими болезнями, исчисляется огромными цифрами.

Абиологические тенденции, под которыми понимаются такие черты образа жизни человека, как гиподинамия, курение, наркомания и др., тоже являются причиной многих заболеваний — ожирения, рака, кардиологических болезней и др.

2. До сих пор не существует общепринятого представления о количественной связи между загрязнением окружающей среды и состоянием здоровья населения. По данным ВОЗ, относящимся к статистике 70-х гг. и основанным преимущественно на экспертных оценках, состояние здоровья смешанных контингентов людей в разных странах зависит в среднем:

• на 50—60% от экономической обеспеченности и образа жизни;

• 18% — от состояния окружающей среды;

• 20—30% — от уровня медицинского обслуживания.

Существуют и другие оценки, в которых влиянию качества среды отводится уже 40—50% причин заболеваний.

На основании обработки большого статистического материала о потерях рабочего времени по болезни ученые приходят к выводу, что загрязнение воздуха на 40—45% повинно в ухудшении здоровья населения.

Согласно данным НИИ человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН в РФ только 15% горожан проживает на территориях с допустимым уровнем загрязнения атмосферы. В центрах горной металлургии (городах Магнитогорск, Новокузнецк, Нижний Тагил, Липецк) общая заболеваемость как детского, так и взрослого населения почти на 40% выше, чем в относительно чистых городах. Здесь дети в 1,3—1,4 раза чаще страдают заболеваниями органов дыхания, пищеварения, а также болезнями почек и глаз.

Большое влияние на состояние здоровья населения оказывает загрязненность атмосферы и качество питьевой воды. Так, в результате систематического превышения в 10 раз ПДК по ртути число заболеваний гипертонией у взрослых Стерлитамака, в частности, в 3 раза выше. Исследование содержания свинца в волосах жителей и в эмали зубов детей, живущих в районе медеплавильного комбината, показало, что в зонах максимального загрязнения в 64% случаев превышение уровней содержания свинца было почти двукратным. В Амурской, Курганской, Кемеровской, Новгородской областях установлено прямое влияние химического загрязнения воды на возникновение заболеваний центральной нервной системы, нефритов, гепатитов. Итак, сохранение здоровья или возникновение болезни — это результат сложных взаимодействий внутренних биосистем организма и внешних факторов окружающей среды.

Вопрос 36. Загрязнение атмосферного воздуха

  1.  Классификация загрязнений атмосферного воздуха.
  2.  Основные источники загрязнения атмосферного воздуха.
  3.  Загрязнители атмосферного воздуха.
  4.  Способность химических веществ участвовать в разнообразных реакциях в атмосферном воздухе.
  5.  Распространение токсических примесей загрязнений.
  6.  Радиоактивное и тепловое загрязнение атмосферы.
  7.  Уровень загрязнения атмосферного воздуха.

1. Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть:

естественным (природным), вызванным природными процессами (вулканической деятельностью, выветриванием горных пород, ветровой эрозией, массовым цветением растений, дымом от лесных и степных пожаров);

антропогенньш, связанным с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха. В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы:

местное, характеризующееся повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона и др.);

региональное — в сферу негативного воздействия вовлекаются значительные пространства, но не вся планета;

глобальное, связанное с изменением состояния атмосферы в целом, приводящее к постепенному накоплению климатических и экологических изменений планетарного масштаба.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются:

на газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода," углеводороды и др.);

жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.);

твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и пр.).

2. В настоящее время основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), автотранспорт, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроение, производство стройматериалов, химическая и нефтехимическая промышленность.

3. Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека, — диоксид серы {SOi), оксид углерода (СО) и твердые частицы, на долю которых приходится около 98% в объеме выбросов вредных веществ, и их концентрации наиболее часто превышают допустимые уровни во многих городах РФ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди которых — формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры и др.)г

4. Большинство перечисленных выше загрязнителей, помимо прямого токсического действия, являются также участниками разнообразных реакций в атмосфере, приводящих к образованию вторичных продуктов, иногда еще более токсичных. Диоксид серы, образующийся в больших количествах при сжигании сернистого топлива (угля, мазута, газа), во влажной атмосфер легко превращается в сернистую кислоту — основное действующее вещество кислотных дождей. Действие последних усиливают и окислы азота, которые, превращаясь в азотистую и азотную кислоту, участвуют вместе с парами бензина и топливной копотью в образовании фотохимических оксидантов и ядовитого смога.

Криогазогидраты, образующиеся в атмосфере при работе авиационных и ракетных двигателей, и летучие хлорфторуглероды (фреоны) взаимодействуют с озоном, уменьшая его содержание в верхних слоях атмосферы.

5. Преобладающая часть токсических примесей имеет большую плотность, чем воздух, и хотя многие из них могут переноситься воздушными потоками на большие расстояния и разбавляться до очень низких концентраций, все же основная масса загрязнителей оказывается в приземном слое воздуха и выпадает на землю, растительность и сооружения на относительно небольшом удалении от источников. Около 90% выбросов приходится на 8—10% территории суши и сосредоточено в основном в Северном полушарии — в Северной Европе и Японии.

6. Наиболее опасное загрязнение атмосферы — радиоактивное.

В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами. Еще одной формой загрязнения атмосферы является локальное избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Признаком теплового (термического) загрязнения атмосферы служат так называемые термические зоны ("острова тепла") в городах.

7. В целом, если судить по официальным данным за последние 10 лет, уровень загрязнения атмосферного воздуха в нашей стране, особенно в городах, остается высоким, несмотря на значительный спад производства, что связывают прежде всего с увеличением количества автомобилей.

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

  1.  возможное потепление климата ("парниковый эффект");
  2.  нарушение озонового слоя;
  3.  выпадение кислотных дождей.

Вопрос 37. Смог и фотохимический туман

  1.  Лондонский смог.
  2.  Лос-анджелеский смог.

1. Ядовитая смесь дыма, тумана, пыли называется смогом.

Различают два типа смога:

• зимний смог (лондонского типа);

• летний смог (лос-анджелесского типа).

Лондонский смог (смесь дыма и тумана) в 1952 г. за 3—4 дня погубил более 4 тыс. человек. Сам по себе туман не опасен для человеческого организма. Он становится вредным, когда чрезвычайно загрязнен токсическими примесями.

Английские специалисты определили, что смог содержал несколько сотен тонн дыма и сернистого ангидрида. В Лондоне в эти дни было обнаружено, что смертность увеличивается прямо пропорционально концентрации в воздухе дыма и сернистого газа.

Ученые считают, что ежегодно тысячи смертных случаев в городах всего мира связаны с загрязнением воздуха. Смог наблюдается лишь в осенне-зимнее время (с октября по февраль). В настоящее время это метеорологическое явление называют смогом лондонского типа, главным действующим компонентом которого является сернистый газ в сочетании с аэрозолем серной кислоты. При вдыхании этой смеси сернистый газ достигает легочных альвеол (ткани легких) и вредно на них действует.

В смоге лондонского типа практически не образуется каких-либо новых веществ, а его токсичность целиком зависит от исходных загрязнителей, и возникает он в результате сжигания больших количеств топлива.

2. Однако в 30-х гг. над Лос-Анджелесом стал появляться смог и в теплое время года, как правило, летом и ранней осенью, в жаркие дни. Лос-анджелесский смог (фотохимический туман) представляет собой сухой туман с влажностью около 70%, для возникновения которого необходим солнечный свет, вызывающий сложные фотохимические превращения в смеси углеводородов и окислов азота автомобильных выбросов. В фотохимическом тумане лос-анджелесского типа в ходе фотохимических реакций образуются новые вещества (фотооксиданты, озон, нитриты и др.), значительно превышающие по своей токсичности исходные атмосферные загрязнения. Фотохимический туман образуется при значительно меньших выбросах в атмосферу по сравнению с лондонским смогом, и для него более характерны желто-зеленая или сизая сухая дымка, а не сплошной туман.

Основной причиной фотохимического тумана являются выхлопные газы автомобилей. На каждом километре пути легковой автомобиль выделяет около 10г окиси азота. А в Лос-Анджелесе, где имеется более 4 млн. автомобилей, в воздух поступает около 1000 т этого газа в сутки. Кроме того, здесь часты температурные инверсии — до 260 дней в году. Слой инверсий располагается на небольших высотах (300—900 м), а интенсивность солнечной радиации достаточно высока, поэтому явно выраженный фотохимический туман наблюдается в Лос-Анджелесе более 69 дней в году. Отсюда и пошла печальная слава этого города как родины фотохимического тумана — явления, искусственно созданного человеком.

При фотохимическом тумане, как и при лондонском смоге, появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость; у людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла; отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и различных хронических заболеваний. Погибают при этом и домашние животные, главным образом собаки и птицы. Фотохимический туман отрицательно действует на нервно-психическую сферу, вызывает обострение бронхиальной астмы. Повреждает он и растения, особенно салатные культуры, бобы, свеклу, злаки, виноград, декоративные насаждения.

Вопрос 38. Кислотные дожди

  1.  Определение «кислотные дожди». Причина образования кислотных дождей.
  2.  Воздействие кислотных дождей на почву и лес.
  3.  Закисление озер.
  4.  Проблема закисления природных сред в РФ.

1. Термин "кислотные дожди" был введен английским химиком Р.Э. Смитом более 100 лет назад.

В 1911 г. в Норвегии зафиксировали случаи гибели рыб в результате подкисления природной воды. Однако только в конце 60-х гг., когда аналогичные случаи в Швеции, Канаде, США привлекли внимание общественности, возникло подозрение, что причина — дождь с высоким содержанием серной кислоты.

Кислотные дожди — это атмосферные осадки (дождь, снег) с рН менее 5,6 (повышенной кислотностью).

Образуются кислотные дожди при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты. В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6). В Баварии (ФРГ) в августе 1981 г. выпадали дожди с кислотностью рН = 3,5. Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе — рН = 2,3.

Суммарные мировые антропогенные выбросы оксидов серы и азота составляют ежегодно более 255 млн. т (1994). Кислотообразующие газы надолго остаются в атмосфере и могут передвигаться на расстояния в сотни и даже тысячи километров. Так, значительная часть выбросов Великобритании попадает в северные страны (Швецию, Норвегию и др.), т. е. с трансграничным переносом, и наносит ущерб их экономике.

2. На огромной территории природная среда закисляется, что весьма негативно отражается на состоянии всех экосистем. Выяснилось, что природные экосистемы подвергаются разрушению даже при меньшем уровне загрязнения воздуха, чем тот, который опасен для человека.

Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы.

Кислотные дожди вымывают биогены из почвы. Частицы гумуса и глины обычно заряжены отрицательно и удерживают такие положительные ионы, как Са2+, К+, NH+. Просачивающаяся кислота уносит биогенные ионы, т. к. их вытесняет ионы водорода.

Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы — свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям. Например, возрастание в подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг на один литр летально для рыб, а токсичность тяжелых металлов (кадмия, свинца и др.) проявляется в еще большей степени.Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдает от действия кислотных дождей. Так, например, гибнут хвойные горные леса в Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных лесов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.

Воздействие кислотных дождей и других загрязнителей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной их деградации как природных экосистем.

3. Ярким примером негативного воздействия кислотных осадков на природные экосистемы является закисление озер. Особенно интенсивно оно происходит в Канаде, Швеции, Норвегии и на юге Финляндии. Объясняется это тем, что:

• значительная часть выбросов серы в таких промышленно развитых странах, как США, ФРГ и Великобритания, выпадает именно на их территории;

• коренные породы, слагающие ложе озер, обычно представлены гранитогнейсами и гранитами, не способными нейтрализовать кислотные осадки, в отличие, например, от известняков, которые создают щелочную среду и препятствуют закислению.

Закисление озер опасно не только для популяций различных видов рыб (в т.ч. лососевых, сиговых и др.), но часто влечет за собой постепенную гибель планктона, многочисленных видов водорослей и других обитателей водоемов. Озера становятся практически безжизненными. Так, в Канаде более 4 тыс. озер объявлены мертвыми, а еще 12 тыс. — на грани гибели. В южной части Норвегии в половине озер исчезла рыба. Кстати, если рН водной среды равно или меньше 4, то все живое в ней погибает.

В нашей стране площадь значительного закисления от выпадения кислотных осадков достигает нескольких десятков миллионов гектаров. Отмечены и частные случаи закисления озер (Карелия и др.). Повышенная кислотность осадков наблюдается вдоль западной границы (трансграничный перенос серы и других загрязняющих веществ) и на территории ряда крупных промышленных районов, а также фрагментарно на побережье Таймыра и Якутии.

(назад)

Лекция 10.

Вопрос 39. Возможное потепление климата ("парниковый эффект")

  1.  В чем выражается изменение климата.
  2.  Концентрация парниковых газов в атмосфере.
  3.  Следствие увеличения концентрации парниковых газов.
  4.  Климатическое прогнозирование.

1. В настоящее время наблюдается глобальное изменение климата,

которое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры начиная со второй половины XX в. При этом среди ученых и экспертов по проблеме изменения климата нет единства во мнениях. Некоторые из них считают, что наблюдающееся в последнее столетие потепление климата на 0,3 — 0,6°С могло быть обусловлено преимущественно природной изменчивостью ряда климатических факторов. Большинство же ученых связывают его с накоплениями в атмосфере так называемых "парниковых газов" — диоксида углерода (СО2), метана (СН4), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (О3), оксидов азота и др.

Парниковые газы, и в первую очередь СО2, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. Атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой — почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

2. Концентрация парниковых газов в атмосфере постоянно увеличивается:

• в связи с сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд. т условного топлива);

• за счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту фреонов (хлорфторуглеродов);

• за счет выбросов метана (содержание которого увеличивается на 1—1,5% в год) из подземных горных выработок, сжигания биомассы, выделения крупным рогатым скотом и др.;

• в меньшей степени (на 0,3% ежегодно) растет содержание в атмосфере оксида азота.

3. Следствием увеличения концентраций этих газов, создающих "парниковый эффект", является рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности. За последние 100 лет наиболее теплыми были 1980г., 1981г., 1983г., 1987г. и 1988г. В 1988г. среднегодовая температура оказалась на 0,4°С выше, чем в 1950—1980 гг. Прогнозные расчеты некоторых ученых показали, что в 2005г. Повышение температуры на 1,3°С выше, чем в 1950—1980 гг. (в действительности на 0,98°С), а к 2100 г. температура на Земле увеличится на 2—4°С. Масштабы потепления за этот относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после последнего ледникового, периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с предполагаемым повышением уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т. д.

4. Повышение уровня океана всего лишь на 0,5—2,0 м к концу XXI в., как прогнозируют ученые, неизбежно приведет к нарушению климатического равновесия, затоплению приморских равнин более чем в 30 странах, деградации многолетнемерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к другим неблагоприятным последствиям.

Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном потеплении климата и положительные экологические последствия, в частности, по их мнению, увеличится продуктивность как естественных фитоценозов (лесов, лугов, саванн и др.), так и агроценозов (культурных растений, садов, виноградников и др.).

Вопрос 40. Нарушение озонового слоя.

  1.  Предназначение озонового экрана.
  2.  «Озоновые дыры».
  3.  Происхождение «озоновых дыр».
  4.  Фреоны.
  5.  Монреальский протокол по запрету ОРВ.
  6.  Факторы, разрушающие озоновый слой.

1. Высоко над Землей, в стратосфере, содержится сравнительно мало известный газ, важный для жизни. Этот газ — озон. Каждая молекула озона состоит из трех атомов кислорода. Озон в стратосфере поглощает больше 99% ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца.

Слой озона, или озоновый экран расположен на высоте около 25—45 км. Этот экран предназначен защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения. Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно, поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др. Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем и т. д.

2. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области. Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, по площади соизмеримое с континентальной частью США, получившее название "озоновой дыры".

Позднее блуждающие "озоновые дыры", меньшие по площади и не с таким значительным снижением содержания озона, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном полушарии, над Гренландией, северной Канадой и Якутией. Результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете.

3. Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Ученые выдвинули ряд гипотез, как о естественном, так и о техногенном происхождении "озоновых дыр".

Ряд ученых настаивают на естественном происхождении "озоновых дыр". Причины их возникновения одни видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца; другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли.

Техногенное происхождение "озоновых дыр" объясняют попаданием в верхние слои атмосферы техногенного хлора, фтора и других атомов и радикалов, способных активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией: О + O2 = O3.

Так, "озоновые дыры" связывают с тем, что занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосредован летучими хлор-фторуглеродами типа фреонов.

4. Фреоны галогенизированные углеводороды, смешанные хлороф-ториды метана и этана. Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладагенты в холодильниках и кондиционерах, растворители, распылители, аэрозольные упаковки). Фреоны сами по себе не токсичны, инертны, весьма стойки и за счет турбулентных движений с потоком воздуха попадают в стратосферу, где распадаются под действием солнечного УФ с образованием свободного хлора.

Атомы хлора не сразу вступают в цепную реакцию разрушения озона. Они реагируют с озоном, образуя оксид хлора. Радикалы ClO реагируют друг с другом с образованием относительно стабильного димера ClOOCl, молекулы которого висят в воздухе, дожидаясь возвращения Солнца.

Когда наступает антарктическая весна и становится светло, солнечная радиация разрушает димер ClOOCl, освобождая чрезвычайно реакционноспособный хлор, который начинает взаимодействовать с озоном. Концентрация озона в течение нескольких недель резко падает. По некоторым оценкам, исчезает более 97% озона.

Вернувшееся солнечное тепло постепенно рассеивает вихрь вокруг полюса, позволяя южному полярному воздуху снова перемешиваться. Обедненный озоном воздух рассеивается по всему земному шару, и уровень озона над Антарктидой становится почти нормальным.

Вследствие длительных запаздываний, необходимых, чтобы молекулы хлорфторуглеродов (ХФУ) достигли стратосферы, дальнейшее истощение озонового слоя неизбежно. Из-за долгого времени жизни в атмосфере молекул ХФУ и атомов хлора оно продлится по меньшей мере 100 лет, даже если производство ХФУ будет повсюду немедленно прекращено.

5. В 1987 г. был принят Монреальский протокол о запрете веществ, разрушающих озоновый слой. В приложении к нему был дан перечень озоноразрушающих веществ (ОРВ), в т. ч. хлорфторуглеродов и бромфторуглеродов. Монреальский протокол наложил обязательства ограничить потребление, производство, импорт и экспорт ОРВ. В последнее время в США и в ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя.

6. К факторам, разрушающим озоновый слой, относят:

• запуски мощных ракет;

• ежедневные полеты реактивных самолетов в высокие слои атмосферы;

• испытания ядерного и термоядерного оружия;

• пожары и вырубка леса — природного озонатора.

Вопрос 41. Основные мероприятия по охране атмосферного воздуха.

  1.  Технологические мероприятия.
  2.  Санитарно-технические мероприятия.
  3.  Планировочные мероприятия.

1. Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения его вредными веществами можно выделить три основные группы мероприятий:

• технологические;

• санитарно-технические;

• планировочные.

К технологическим мероприятиям можно отнести: создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. С экономической точки зрения дешевле бороться с вредными веществами в местах их образования.

Экологизаиия технологических процессов предусматривает, в частности:

• создание непрерывных технологических процессов производства;

• замену местных котельных установок на централизованное тепло;

• предварительное очищение топлива и сырья от вредных примесей;

• герметизацию процессов, использование гидро- и пневмотранспорта при транспортировке пылящих материалов;

• замену угля и мазута природным газом;

• применение гидрообеспыливания;

• перевод на электропривод компрессоров, сваебойных агрегатов, насосов;

• частичную рециркуляцию, т. е. повторное использование отходящих газов.

Учитывая исключительную актуальность охраны атмосферного воздуха от загрязнения отработанными газами (ОГ) автомобилей, первоочередной проблемой является создание экологически чистых видов транспорта. В настоящее время ведется активный поиск более чистого топлива, чем бензин. В качестве его заменителя рассматриваются экологически чистое газовое топливо, метиловый спирт (метанол), малотоксичный аммиак и идеальное топливо — водород. Продолжаются интенсивные разработки по замене карбюраторного двигателя на более экологичные типы — дизельный, паровой, газотурбинный и др.

Санитарно-технические мероприятия включают в себя специальные меры защиты при помощи очистных сооружений.

Поскольку нынешний уровень развития экологизации технологических процессов, внедрения замкнутых технологических циклов и т. д. недостаточен для полного предотвращения выбросов токсичных веществ в атмосферу, на предприятиях повсеместно используются различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли, золы, сажи) и токсичных газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3).

В группу планировочных мероприятий входит комплекс приемов, включающих: 

  1.  зонирование территории города;
  2.  правильное взаимное размещение источников выброса и населенных мест с учетом направления ветров;
  3.  выбор под застройку промышленного предприятия ровного возвышенного места, хорошо продуваемого ветрами;
  4.  сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.;
  5.  организацию санитарно-защитных зон; озеленение населенных мест и др.

Вопрос 42. Проблемы качества питьевой воды

  1.  Водоснабжение населенных пунктов.
  2.  Оценка качества питьевой воды.
  3.  Метод обеззараживания воды.

1. Водозаборные сооружения берут природную воду из поверхностного источника. Насосная станция первого подъема по напорным трубопроводам подает ее на водоочистные сооружения, где вода очищается до питьевого качества и из резервуаров чистой воды подается в населенный пункт, как правило, имеющий кольцевую напорную водопроводную сеть. Вода из водопроводной сети подается потребителям; используется на питьевые, хозяйственные нужды, полив улиц и насаждений, а также предприятиями местной промышленности. Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.

Ее качества должны отвечать требованиям САНиП 2.1.4.559-96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества по показателям:

• микробиологическим;

• токсикологическим;

• органолептическим.

Основными процессами водоподготовки питьевой воды являются:

удаление грубодисперсных веществ путем отстаивания, фильтрования с предварительной реагентной обработкой;

• удаление мелкодисперсной взвеси коагулированием (в качестве, коагулянта обычно используют сернокислый алюминий — Al2(S04)3 и флокулированием (добавляют полиакриламид ПАА);

• удаление патогенных микроорганизмов (обеззараживание воды — хлорирование, озонирование);

• удаление растворенных в воде газов (дегазация воды);

• устранение привкусов и запахов (дезодорация воды);

• умягчение и обессоливание воды;

• корректирование содержания в воде железа, марганца, кремниевой кислоты и фтора.

3. Метод обеззараживания воды хлором является в нашей стране наиболее распространенным способом борьбы с бактериальным загрязнением. Однако оказалось, что хлорирование воды несет в себе серьезную опасность для здоровья людей. Чтобы это исключить, необходимо вытеснить хлорирование воды озонированием или обработкой ультрафиолетовыми лучами, что повсеместно распространено на станциях очистки воды в странах Западной Европы, а в России их применение ограничено, т. к. требует вложения средств на переоборудование водоочистных станций.

Вопрос 43. Основные источники загрязнения природных вод.

  1.  Загрязнение водоемов.
  2.  Химическое и бактериальное загрязнение водоемов.
  3.  Радиоактивное загрязнение.
  4.  Механическое и тепловое загрязнение водоемов.
  5.  Основные источники загрязнения природных вод.
  6.  Загрязнение подземных вод.

1. Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Загрязнение вод проявляется:

• в изменении физических и органолептических свойств (нарушении прозрачности, окраски, запахов, вкуса);

• увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов;

• сокращении растворенного в воде кислорода воздуха;

• появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.

Установлено, что более 400 видов веществ может вызвать загрязнение вод. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токси-кологическому, общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной.

2. Химическое загрязнение — наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть:

органическим (фенолами, нафтеновыми кислотами, пестицидами и др.);

неорганическим (солями, кислотами, щелочами);

токсичным (мышьяком; соединениями ртути, свинца, кадмия и др.);

нетоксичным.

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.

3. Содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ вызывает радиоактивное загрязнение природных источников, среди которых наиболее вредными являются долгоживущие радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементы попа- дают в поверхностные водоемы со сбрасываемыми радиоактивными отходами, при захоронении отходов на дне и др. В подземные воды радиоактивные элементы поступают в результате выпадения их на поверхность Земли в виде радиоактивных продуктов и отходов, а затем — просачивания в глубь Земли вместе с атмосферными водами, а также в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.

4. Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песка, шлама, ила и др.), а также твердых отходов (мусора), остатков лесосплава, которые могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.

Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами, что приводит к изменению газового и химического состава вод, к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделению ядовитых газов — сероводорода, метана. Одновременно происходит цветение воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны. По существующим санитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3°С летом и 5°С зимой.

5. Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет сброс неочищенных сточных вод — промышленных, хозяйственно-бытовых, коллекторно-дренажных и др.

Основные источники загрязнения поверхностных вод:

промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами в зависимости от специфики отраслей промышленности. При этом объем сброса промышленных сточных вод во многие водные экосистемы не только не уменьшается, но и продолжает расти;

хозяйственно-бытовые сточные воды в больших количествах поступают из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц и т. д. В сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, а также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное загрязнение;

• огромное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смывается с сельскохозяйственных территорий и попадает в водные объекты без какой-либо очистки, а поэтому имеет высокую концентрацию;

• значительную опасность представляют газодымовые соединения (аэрозоли, пыль и т. д.), оседающие из атмосферы на поверхность водосборных бассейнов и непосредственно на водные поверхности. Плотность выпадения, например, аммонийного азота на европейской территории России оценивается в среднем 0,3 т/км2, а серы от 0,25 до 2,0 т/км2;

• огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с судов балластных вод и т. д.

6. Кроме поверхностных вод, постоянно загрязняются и подземные воды, в первую очередь — в районах крупных промышленных центров.

Инфильтруясь и просачиваясь сквозь почву, вода уносит с собой в грунтовые воды все растворимые в ней вещества. Почва не может задержать их. Следовательно, любое химическое вещество, примененное, размещенное, разлитое, рассыпанное на земле или попавшее в нее, может загрязнить грунтовые воды.

В настоящее время основными источниками загрязнения грунтовых вод признаны:

• неправильно устроенные свалки и другие хранилища ядовитых веществ, откуда они могут просачиваться в грунтовые воды;

• протекающие подземные резервуары и трубопроводы. Особую проблему составляет утечка бензина из резервуаров на автозаправочных станциях;

• пестициды и удобрения, применяемые на полях, газонах, в садах;

• соль, которой посыпают дороги при гололеде;

• мазут, применяемый на дорогах для связывания пыли;

• излишки применяемых в хозяйстве сточных вод и канализационного ила;

• утечки при транспортировке.

. Неприспособленные хранилища, а также использование пестицидов представляют собой наиболее распространенные источники угрозы для грунтовых вод.

(назад)

Лекция 11.

Вопрос 44. Способы очистки сточной воды.

  1.  Способы очистки сточных вод.
  2.  Механическая очистка.
  3.  Химическая и физико-химическая очистка.
  4.  Биологическая очистка.
  5.  Новые методы очистки сточных вод.

1. Существуют различные способы очистки сточных вод:

механический;

• физико-химический;

• химический;

• биологический.

В зависимости от степени вредности и характера загрязнений очистка сточных вод может производиться каким-либо одним способом или комплексом методов. В процессе очистки предусматривают обработку осадка и обеззараживание сточных вод перед сбросом их в водоем.

2. При механической очистке из производственных сточных вод путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляется до 90% нерастворимых механических примесей различной степени дисперсности (песок, глинистые частицы, окалина и др.), а из бытовых сточных вод — до 60%. Для этих целей применяют решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники различных типов. Вещества, плавающие на поверхности сточных вод (нефть, смолы, масла, жиры, полимеры и др.), задерживают нефте- и маслоловушками и другого вида уловителями либо выжигают.

3. Химические и физико-химические методы очистки наиболее эффективны для очистки производственных сточных вод.

К основным химическим способам относят нейтрализацию и окисление. В первом случае для нейтрализации кислот и щелочей, в сточные воды вводят специальные реагенты (известь, кальцинированную соду, аммиак), во втором — различные окислители. С их помощью сточные воды освобождаются от токсичных и других компонентов.

При физико-химической очистке используются:

коагуляция — введение в сточные воды коагулянтов (солей аммония, железа, меди, шламовых отходов и пр.) для образования хлопьевидных осадков, которые затем легко удаляются;

сорбция — способность некоторых веществ (бентонитовых глин, активированного угля, цеолитов, силикагеля, торфа и др.) поглощать загрязнение. Методом сорбции возможны извлечение из сточных вод ценных растворимых веществ и последующая их утилизация;

флотация — пропуск через сточные воды воздуха. Газовые пузырьки захватывают при движении вверх поверхностно-активные вещества, нефть, масла, другие загрязнения и образуют на поверхности воды легко удаляемый пенообразный слой.

4. Для очистки коммунально-бытовых сточных вод и промстоков целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых предприятий широко используют биологический (биохимический) метод. Он основан на способности искусственно вселяемых микроорганизмов использовать для своего развития органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах (сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды и т. д.). Очистку ведут с помощью:

естественных методов (полей орошения, полей фильтрации, биологических прудов и др.);

искусственных методов (аэротенков, метатенков, биофильтров, циркуляционных окислительных каналов).

Осветленная часть сточных вод очищается в аэротенках специальных закрытых резервуарах, по которым медленно пропускают стоки, обогащенные кислородом и смешанные с активным илом. Активный ил представляет собой совокупность гетеротрофных микроорганизмов и мелких беспозвоночных животных (плесени, дрожжей, водных грибов, коловраток и др.), а также твердого субстрата. Важно правильно подбирать температуру, рН, добавки, условия перемешивания, окислитель (кислород), чтобы в максимальной степени способствовать интенсификации гидробиоценоза, составляющего активный ил.

После вторичного отстаивания сточные воды обеззараживают (дезинфицируют) с помощью соединений хлора или других сильных окислителей. При этом способе (хлорировании) уничтожаются патогенные бактерии, вирусы, болезнетворные микроорганизмы. В системах очистки сточных вод биологический (биохимический) метод является завершающим, и после его применения сточные воды можно использовать в оборотном (многократном) водоснабжении либо сбрасывать в поверхностные водоемы.

5. В последние годы активно разрабатываются новые эффективные методы, способствующие экологизации процессов очистки сточных вод:

электрохимические методы, основанные на процессах анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции и электрофлотации;

мембранные процессы очистки (ультрафильтры, электродиализ и др.);

магнитная обработка, позволяющая улучшить флотацию взвешенных частиц;

радиационная очистка воды, позволяющая в кратчайшие сроки подвергнуть загрязняющие вещества окислению, коагуляции и разложению;

озонирование, при котором в сточных водах не образуется веществ, отрицательно воздействующих на естественные биохимические процессы.

После осветления сточных вод образуется осадок, который сбраживают в железобетонных резервуарах (метатенках), а затем удаляют на иловые площадки для подсушивания. Подсушенный осадок обычно используется как удобрение. Однако в последние годы в сточных водах стали обнаруживаться многие вредные вещества (тяжелые металлы и др.), что исключает такой способ утилизации осадков.

Вопрос 45. Экологические последствия загрязнения природных вод

  1.  Влияние загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах.
  2.  Антропогенная эвтрофикация природных вод.
  3.  Истощение поверхностных вод.
  4.  Изъятие большого количества воды из водных объектов.
  5.  Водохранилища.

1. Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека.

Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов; снижаются темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.

2. Антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ — азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее продолжительные сроки — несколько десятилетий и менее.

Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению сине-зеленых водорослей, вызывающих цветение воды, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов (к тому же выделяющих опасные не только для гидробионтов, но и для человека токсины).

Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают многие крупные озера мира — Великие Американские озера, Балатон, Ладожское, Женевское и др., а также водохранилища и речные экосистемы, в первую очередь малые реки. На этих реках, кроме катастрофически растущей биомассы сине-зеленых водорослей, с берегов происходит зарастание их высшей растительностью. Помимо избытка биогенных веществ, на пресноводные экосистемы губительное воздействие оказывают и другие загрязняющие вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.), фенолы, нефтепродукты и др., чуждые природным водам, и те, которые водные организмы неспособны переработать.

3. Актуальна проблема истощения поверхностных вод, которое проявляется в прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока. На территории России поверхностный сток воды распределяется крайне неравномерно. Около 90% общего годового стока с территории России выносится в Северный Ледовитый и Тихий океаны, а на бассейны внутреннего стока (Каспийское и Азовское моря), где проживает свыше 65% населения России, приходится менее 8% общего годового стока.

Именно в этих районах наблюдается истощение поверхностных водных ресурсов, и дефицит пресной воды продолжает расти. Связано это не только с неблагоприятными климатическими и гидрологическими условиями, но и с активизацией хозяйственной деятельности человека, которая приводит ко все более возрастающему загрязнению вод, снижению способности водоемов к самоочищению, истощению запасов подземных вод, а следовательно, к снижению родникового стока, подпитывающего водотоки и водоемы.

4. К очень серьезным негативным экологическим последствиям приводит и изъятие на хозяйственные цели большого количества воды из впадающих в водоемы рек. Так, уровень некогда многоводного Аральского моря, начиная с 60-х гг. катастрофически понижается в связи с недопустимо высоким перезабором воды из Амударьи и Сырдарьи, в результате чего объем Аральского моря сократился больше чем наполовину, уровень моря снизился на 13 м, а соленость воды (минерализация) увеличилась в 2,5 раза.

Осушенное дно Аральского моря становится сегодня крупнейшим источником пыли и солей. В дельте Амударьи и Сырдарьи на месте гибнущих тугайных лесов и тростниковых зарослей появляются бесплодные солончаки, а в целом экологические изменения приаральского ландшафта могут быть охарактеризованы как опустынивание.

5. К другим весьма значительным видам воздействия человека на гидросферу следует отнести создание крупных водохранилищ, предназначенных для аккумуляции и регулирования поверхностного стока и коренным образом преобразующих природную среду на прилегающих территориях. Из-за того, что многие нерестилища рыб оказываются отрезанными плотинами, резко ухудшается или прекращается естественное воспроизводство многих лососевых, осетровых и других проходных рыб.

Напряженная ситуация складывается на основном рыбопромысловом водоеме России — Волго-Каспийском бассейне, на долю которого приходится более половины отечественного вылова ценных видов рыб и около 90% мировых уловов осетровых. От сотен городов и тысяч промышленных предприятий, стоящих на берегу Волги и ее притоков, ежегодно в реку, а затем и в Каспий поступает более 400 тыс. т органики, 20 тыс. т нефтепродуктов, 45 тыс. т азота, 20 тыс. т фосфора; сотни тонн соединений тяжелых металлов — ртути, свинца, меди, цинка; большое количество пестицидов, фенолов, синтетических детергентов. На всем протяжении среднего и нижнего течения Волги постоянно превышены рыбохозяйственные ПДК многих из этих загрязнителей. В результате резко снизилась рыбная продуктивность бассейна (по сравнению с 1930 г. в 5 раз). Отмечаются многочисленные случаи заболеваний и массовой гибели рыб. Из-за токсикогенной миопатии (разрыхления мышечной ткани) резко ухудшилось качество многих партий рыбной продукции. В теле осетровых и килек — основных объектов рыбного промысла в бассейне — отмечены значительные концентрации пестицидов.

Вопрос 46. Основные виды антропогенного воздействия на почву

  1.  Основные виды антропогенного воздействия на почву. Эрозия почв.
  2.  Загрязнение почв.
  3.  Засоление и заболачивание почв.
  4.  Опустынивание.
  5.  Отчуждение земель.
  6.  Экологическая защита почв.

1. Основные виды антропогенного воздействия на почву следующие:

• эрозия (ветровая и водная);

• загрязнение;

• вторичное засоление и заболачивание;

• опустынивание;

• отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.

Эрозия почв (от лат. erosio — разъедание) — разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровой эрозией или дефляцией) или потоками воды (водной эрозией).

Настоящим бичом земледелия в РФ и в мире остаются водная эрозия (ей подвержен 31% суши) и ветровая эрозия (дефляция), активно действующая на 34% поверхности суши.

Эрозия оказывает существенное негативное влияние на состояние почвенного покрова, а во многих случаях разрушает его полностью. Падает биологическая продуктивность растений; снижаются урожаи и качество зерновых культур, хлопка, чая и др.

Интенсивность ветровой эрозии зависит от скорости ветра, устойчивости почвы, наличия растительного покрова, особенностей рельефа и от других факторов. Огромное влияние на ее развитие оказывают антропогенные факторы (уничтожение растительности, нерегулируемый выпас скота, неправильное применение агротехнических мер). При продолжительных и очень сильных ветрах, скорость которых достигает 20—30 м/с и более, возникают пыльные бури.

Пыльные бури безвозвратно уносят самый плодородный верхний слой почв; они способны развеять за несколько часов до 500 т почвы с 1га пашни. В нашей стране пыльные бури неоднократно возникали в Нижнем Поволжье, на Нижнем Дону, на Северном Кавказе, в Башкирии и в других районах. Крупный пылевой очаг в России — Черные земли Калмыкии.

Среди различных форм проявления водной эрозии значительный вред окружающей природной среде, и в первую очередь почвам, приносит овражная эрозия. Овраги уничтожают ценные сельскохозяйственные земли, способствуют интенсивному смыву почвенного покрова, заиливают малые реки и водохранилища, создают густорасчлененный рельеф.

2. Поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие концентрации в почве различных химических соединений-токсикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов. При этом теряется способность почвы к самоочищению от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов, что чревато тяжелыми последствиями для человека, растительного и животного мира.

Различные почвенные загрязнения, большинство из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику их поступления в почву:

• с атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками попадают в почву;

• осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твердые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей. Такие загрязнения можно наблюдать визуально, например, вокруг котельных зимой снег чернеет, покрываясь частицами сажи;

• при непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно влажной;

• с растительным спадом. Различные вредные соединения в любом агрегатном состоянии поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают опять-таки в почву.

Основные загрязнители почвы:

• пестициды (ядохимикаты);

• минеральные удобрения;

• отходы и отбросы производства;

• газо-дымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

• нефть и нефтепродукты.

3. Засоленных почв в России — 36 млн. га (18% общей площади орошаемых земель). Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения-галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.

Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах, например в нечерноземной зоне России, на Западно-Сибирской низменности, в зонах вечной мерзлоты. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов.

4. Опустынивание — это процесс необратимого изменения почвы, растительности и снижения биологической продуктивности, который может привести к превращению территории в пустыню.

Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд. га практически на всех континентах.

На территории, подверженной опустыниванию, ухудшаются физические свойства почв, гибнет растительность, засоляются грунтовые воды, резко падает биологическая продуктивность, а следовательно, подрывается и способность экосистем восстанавливаться.

Процесс опустынивания обычно вызывается совокупным действием природы и человека. Особенно губительно это действие в аридных районах со свойственными им хрупкими, легко разрушающимися экосистемами. Такие виды хозяйственной деятельности, как чрезмерный выпас скота, вырубка деревьев, кустарников, распашка земель, мало пригодных для земледелия, и другие, нарушающие хрупкое равновесие в природе, многократно усиливают действие ветровой эрозии, иссушение верхних слоев почвы. При этом резко нарушается водный баланс, снижается уровень грунтовых вод, колодцы пересыхают; разрушается структура почв, усиливается их насыщение минеральными солями. Вследствие избыточной хозяйственной нагрузки сложно организованные бассейново-речные системы превращаются в примитивно организованные пустынные ландшафты.

Опустынивание и опустошение могут возникнуть в любых климатических условиях как результат разрушения природной системы. Но в аридных областях двигателем опустынивания становится еще и засуха.

На территории СНГ опустыниванию подвержены Приаралье, Прибалхашье, Черные земли в Калмыкии и Астраханской области и некоторые другие районы. Все они относятся к зонам экологического бедствия, и их состояние продолжает ухудшаться.

5. Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного пользования: строительства промышленных объектов, городов, поселков; для прокладки линейно-протяженных систем (дорог, трубопроводов, линий связи); при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и т. д. Например, в России большое количество земель занято под водохранилища Волжского каскада, Дона, Западной и Восточной Сибири.

6. В число основных звеньев экологической защиты почв входят:

• защита почв от водной и ветровой эрозии;

• организация севооборотов и системы обработки почв с целью повышения их плодородия;

• мелиоративные мероприятия (борьба с заболачиванием, засолением почв и др.);

• рекультивация нарушенного почвенного покрова;

• защита почв от загрязнения, а полезной флоры и фауны — от уничтожения;

• предотвращение необоснованного изъятия земель из сельскохозяйственного оборота.

Вопрос 47. Рекультивация нарушенных земель.

  1.  Определение рекультивации.
  2.  Этапы рекультивации.

1. Рекультивация комплекс работ, проводимый с целью восстановления нарушенных территорий и приведения земель в безопасное состояние.

Нарушение территории происходит в основном при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, а также в процессе строительства. Нарушенные земли теряют первоначальную ценность и отрицательно влияют на окружающую природную среду. Объектами рекультиваиии являются:

• карьерные выемки, провальные воронки, терриконы, отвалы и др.;

• земли, нарушенные при строительных работах;

• территории полигонов твердых отходов;

• земли, нарушенные в результате загрязнения их жидкими и газообразными отходами (нефтезагрязненные земли, газогенные пустыни и др.).

Работы по рекультивации нарушенных территорий обеспечиваются нормативно-инструктивными материалами и ГОСТ. Например, действует ГОСТ 17.5.3.04-83 "Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель".

2. Рекультивация (восстановление) осуществляется последовательно, по этапам. Различают рекультивацию:

• техническую;

• биологическую;

• строительную.

Техническая рекультивация означает предварительную подготовку нарушенных территорий для различных видов использования: планировку поверхности, снятие, транспортировку плодородных почв и нанесение их на рекультивируемые земли, формирование откосов выемок, подготовку участков для освоения и т. п.

На этапе технической рекультивации засыпают карьерные, строительные и другие выемки; в глубоких карьерах устраивают водоемы; полностью или частично разбирают терриконы, отвалы, хвостохранилища; закладывают пустыми породами выработанные подземные пространства. После завершения процесса осадки поверхность земли выравнивают.

Биологическая рекультивация проводится после технической для создания растительного покрова на подготовленных участках. С ее помощью восстанавливают продуктивность нарушенных земель; формируют зеленый ландшафт; создают условия для обитания животных, растений, микроорганизмов; укрепляют насыпные грунты, предохраняя их от водной и ветровой эрозии; создают сенокосно-пастбищные угодья и т. д. Работы по биологической рекультивации ведут на основе знания развития сукцессионных процессов.

Очень сложно рекультивировать нефтезагрязненные земли, т. к. они имеют обедненную биоту и содержат канцерогенные углеводороды типа бенз(а)пирена. В таких случаях необходимы рыхление и аэрация почвы; использование бактерий, деградирующих нефть; посев специально подобранных трав и др.

При необходимости выполняют также строительный этап рекультивации, в ходе которого на подготовленных территориях возводят здания, сооружения и другие объекты.

Вопрос 48. Загрязнение среды отходами производства и потребления.

  1.  Отходы.
  2.  Классификация отходов потребления.
  3.  Классификация отходов производства.
  4.  Опасные отходы.

1. Основная причина загрязнения биосферы это ресурсоемкие и загрязняющие технологии переработки и использования сырья, которые приводят к огромному накоплению отходов и к необходимости их утилизации.

Отходы — это продукты, которые образуются в процессе преобразования вещества и энергии при производственной и бытовой деятельности людей, но не являются ее целью и не обладают полноценными потребительскими свойствами.

Ежегодно в России образуется около 7 млрд. т всех видов отходов, из которых используется лишь 28%.

На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. т твердых отходов, причем токсично из них более 1,4 млрд. т. Только под свалки и полигоны твердых бытовых отходов ежегодно официально отводится около 10 тыс. га земель.

Сконцентрированные в отвалах, хвостохранилищах, терриконах, несанкционированных свалках отходы являются источником загрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, почв и растительности. Все отходы подразделяют:

• на отходы потребления (или бытовые);

• отходы производства (или промышленные отходы).

2. Бытовые отходы (отходы потребления) могут находиться как в твердом, так и в жидком, а реже — в газообразном состоянии. Твердые бытовые отходы (ТБО) — остатки, которые мы выбрасываем из домов, учреждений, офисов и обычно называем мусором (пищевые отбросы, пластмасса, бумага, стекло, кожа и др.). Их количество ежегодно возрастает из-за роста народонаселения и улучшения качества жизни людей (например упаковки для товаров, в т.ч. из полимерных материалов, алюминиевых банок и т. д.). Морфологический состав городских ТБО следующий: бумага — 41%, пищевые отходы — 21%, стекло — 12%, железо и его сплавы - 10%, пластмасса - 5%, древесина — 5% и т. д. При этом растет содержание пластмасс. К 2010г. прогнозируют рост их относительной величины до 8—10%. Сама же масса ТБО в России имеет тенденцию к увеличению (до 0,75—0,9% ежегодно), причем половина массы ТБО приходится на города с населением 1 млн. жителей и более.

Жидкие представлены в основном хозяйственно-бытовыми сточными водами, газообразные — выбросами различных газов.

3. Отходы производства — это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Они бывают:

твердыми (отходы металлов, пластмасс, древесина и т. д.);

жидкими (производственные сточные воды, отработанные органические растворители и т. д.);

газообразными (выбросы промышленных печей, автотранспорта и т. д.).

Как правило, отходы из-за недостатка полигонов захоронения в основном вывозятся на несанкционированные свалки. Обезвреживается и утилизируется только 1/5 их часть.

Наибольшее количество промышленных отходов образуют угольная промышленность, предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, промышленность строительных материалов.

4. Под опасными отходами понимают отходы, содержащие в своем составе вещества, которые обладают одним из опасных свойств (токсичностью, взрывчатостью, инфекционностью, пожароопасностью и т. д.) и присутствуют в количестве, опасном для здоровья людей и окружающей природной среды.

В России к опасным отходам относят около 10% от всей массы твердых отходов (металлические и гальванические шламы, отходы стекловолокна, асбестовые отходы и пыль; остатки от переработки кислых смол, дегтя и гудронов; отработанные радиотехнические изделия и т. д.).

Класс токсичности отходов определяют согласно "Классификатору токсичных промышленных отходов (1987)". Наибольшую угрозу для человека и всей биоты представляют опасные отходы, содержащие химические вещества I и II классов токсичности (в их составе присутствуют радиоактивные изотопы, диоксины, пестициды, бенз(а)пирен и некоторые другие вещества).

Существенное значение имеет и потенциальная опасность перемещения в Россию опасных промышленных отходов из стран Западной Европы; США, Японии и других стран. С 1995 г. был запрещен импорт в нашу страну опасных отходов с целью захоронения или обезвреживания, что позволило предотвратить экологическую угрозу.

(назад)

Лекция 12.

Биологическое загрязнение

Вопрос 49. Проблема накопления, переработки и утилизации отходов потребления.

  1.  Методы переработки твердых бытовых отходов.
  2.  Захоронение и частичная переработка ТБО на полигонах. Компостирование пищевых отходов.
  3.  Сжигание отходов. На мусорожигающих заводах.
  4.  Пиролиз ТБО.

1. Методы переработки твердых бытовых отходов (ТБО):

строительство полигонов для захоронения и частичной их переработки;

• сжигание отходов на мусоросжигающих заводах;

• компостирование (с получением ценного азотного удобрения или биотоплива);

• предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных компонентов;

• пиролиз (высокомолекулярный нагрев без доступа воздуха) ТБО при t = 1700°С.

2. Сегодня наиболее приемлемым методом является строительство полигонов для организованного и санкционированного хранения отходов и частичной их переработки (в основном методом прямого сжигания). Конструктивные схемы допускают высоту таких полигонов до 60 м и послойное его загружение с помощью бульдозеров, для чего устраивают пологий внешний откос. При определенных условиях (инертности, слабой токсичности) совместно с твердыми бытовыми отходами могут складироваться и промышленные отходы. Особое внимание обращают на гидроизоляцию полигонов, чтобы исключить попадание загрязняющих веществ в подземные воды. Срок полного обезвреживания отходов — 50—100 лет.

Полученный при компостировании пищевых отходов с аэробным окислением органического вещества компост используют в сельском хозяйстве, а некомпостируемые бытовые отходы поступают в специальные печи, где термически разлагаются и превращаются в разные ценные продукты, например в смолу.

3. При сжигании ТБО на мусоросжигающих заводах (их в России работает немного — в Москве, Владивостоке, Сочи, Пятигорске, Мурманске и др.) спекание отходов происходит при t = 800— 850°С. При этом отсутствует вторая стадия газовой очистки и в золе отработанных отходов отмечается повышенная концентрация диоксинов (0,9 мкг/кг и более). С каждого кубометра сжигаемых отходов в атмосферу выбрасывается 3 кг ингредиентов (пыль, сажа, газы) и остается 23 кг золы.

На зарубежных мусоросжигающих заводах производится предварительная сортировка твердых отходов, что на порядок снижает содержание вредных веществ в газах и шлаках, режим сжигания — при t = 900—1000°С; предусмотрена также двухстадийная очистка отходящих газов, в составе которых регламентируется очистка более десяти вредных компонентов, включая дибензодиоксины и дибензофураны (на отечественных заводах — четыре компонента).

4. На заводах по пиролизу ТБО при t = 1700°C практически утилизируются все материальные и энергетические компоненты, что резко снижает загрязнение окружающей среды. Однако технологический процесс очень трудоемкий; по существу, завод по пиролизу — это доменная печь. И все же и у нас в стране, и за рубежом основная масса твердых бытовых отходов (ТБО) из-за нехватки полигонов вывозится в пригородные зоны и выбрасывается на свалки, где отходы разлагаются, часто загораются и отравляют воздух токсичными веществами, а дождевые и талые воды, просачиваясь через толщу горных пород, загрязняют грунтовые воды.

Вопрос 50. Основные принципы охраны окружающей природной среды

и рационального природопользования

  1.  Охрана окружающей природной среды.
  2.  Природопользование.
  3.  Нерациональное и рациональное природопользование.
  4.  Принципы природопользования.
  5.  Основные направления инженерной защиты окружающей природной среды.
  6.  Безотходная технология.

1. Охрана окружающей природной среды — новая форма взаимодействия человека и природы, представляющая собой систему государственных и общественных мер (технологических, экономических, административно-правовых, просветительных, международных), направленных на гармоничное взаимодействие общества и природы, сохранение и воспроизводство действующих экологических сообществ и природных ресурсов во имя живущих и будущих поколений.

Охрана окружающей природной среды тесно связана с природопользованием — одним из разделов прикладной экологии.

2. Природопользование — общественно-производственная деятельность, направленная на удовлетворение материальных и культурных потребностей общества путем использования различных видов природных ресурсов и природных условий.

По Н.Ф. Реймерсу (1992), природопользование включает в себя:

• охрану, возобновление и воспроизводство природных ресурсов, их извлечение и переработку;

• использование и охрану природных условий среды жизни человека;

• сохранение, восстановление и рациональное изменение экологического равновесия природных систем;

• регуляцию воспроизводства человека и численности людей.

3. Природопользование может быть нерациональным и рациональным. Нерациональное природопользование не обеспечивает сохранение природно-ресурсного потенциала; ведет к оскудению и ухудшению качества природной среды; сопровождается загрязнением и истощением природных систем, нарушением экологического равновесия и разрушением экосистем.

Рациональное природопользование означает комплексное научно обоснованное использование природных богатств, при котором достигается максимально возможное сохранение природно-ресурсного потенциала, при минимальном нарушении способности экосистем к саморегуляции и самовосстановлению.

По Ю. Одуму (1975), рациональное природопользование преследует двоякую цель:

• обеспечить такое состояние окружающей среды, при котором она смогла бы удовлетворить наряду с материальными потребностями запросы эстетики и отдыха;

• обеспечить возможность непрерывного получения урожая полезных растений, производства животных и различных материалов путем установления сбалансированного цикла использования и возобновления.

4. Природопользование в любой отрасли производства строится на ряде общих принципов:

принципе системного подхода, предусматривающего комплексную всестороннюю оценку воздействия производства на среду и ее ответных реакций. Например, сбросы отходов в реку должны оцениваться по их воздействию не только на рыбу, но и на биохимию данного водного объекта, и на всю систему водо-обеспечения района, где протекает эта река;

принципе оптимизации природопользования, заключающемся в принятии наиболее целесообразных решений в использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременно экологического и экономического подходов, прогноза развития различных отраслей и географических регионов;

принципе прироста продукции не за счет вовлечения в использование новых масс природных ресурсов, а за счет более полного их использования путем ресурсосбережения и совершенствования технологических процессов;

принципе комплексного использования природных ресурсов и концентрации производства, заключающемся в том, что на базе имеющихся в данном экономическом районе сырьевых и энергетических ресурсов создаются территориально-производственные комплексы, которые позволяют более полно использовать указанные ресурсы и тем самым снизить вредную нагрузку на экосистемы.

5. Основными направлениями инженерной защиты окружающей природной среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий являются следующие:

внедрение ресурсосберегающей, безотходной и малоотходной технологий;

• внедрение биотехнологии;

• внедрение утилизации и детоксикации отхолов;

• главное — внедрение экологизации всего производства, при которой обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ.

6. Под безотходной технологией понимают также такой способ производства, который обеспечивает максимально полное использование перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов. Более точным, чем "безотходная технология", следует считать термин "малоотходная технология", т. к. в принципе безотходная технология невозможна, ибо любая человеческая деятельность не может не производить отходы, хотя бы в виде энергии. Достижение полной безотходное нереально (Реймерс, 1990), поскольку противоречит второму началу термодинамики, поэтому данный термин условен (метафоричен). Технологию, позволяющую получить минимум твердых, жидких и газообразных отходов, называют малоотходной и на современном этапе развития научно-технического прогресса она является наиболее реальной.

Огромное значение для снижения уровня загрязнения окружающей среды, для экономии сырья и энергии имеет повторное использование материальных ресурсов, т. е. рециркуляция. Так, производство алюминия из металлолома требует всего 5% энергозатрат от выплавки из бокситов, причем переплав 1 т вторичного сырья экономит 4 т бокситов и 700 кг кокса, снижая одновременно на 35 кг выбросы фтористых соединений в атмосферу (Вронский, 1996).

Вопрос 51. Административно-правовые методы управления природопользованием

  1.  Министерство природных ресурсов.
  2.  Главные задачи подразделений МПР.
  3.  Основные мероприятия в рамках госуправления.
  4.  Экологическое лицензирование.
  5.  Экологическая сертификация.
  6.  Экологический аудит.
  7.  Оценка воздействия на окружающую среду.
  8.  Экологический контроль.

1. Центральным органом федеральной исполнительной власти в области охраны окружающей среды является Министерство природных ресурсов (МПР), которое включает в себя службы: лесную, егерскую, водную, геологическую и охраны окружающей среды.

МПР имеет соответствующие подразделения в республиках, краях, областях, во многих городах и районах. Министерство:

• направляет и координирует всю природоохранную деятельность в стране;

• осуществляет контрольно-инспекционную деятельность;

• выполняет информационные и воспитательные функции;

• руководит заповедным делом;

• развивает международное экологическое сотрудничество.

2. Главные задачи подразделений МПР:

управление изучением, воспроизводством, использованием и охраной природных ресурсов;

• использование, охрана и воспроизводство лесов;

• лицензирование водопользования, установление лимитов, государственная водохозяйственная экспертиза;

• осуществление государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечении экологической безопасности;

• проведение государственного экологического контроля, экологической экспертизы и т. д.;

• комплексная оценка и прогнозирование состояния окружающей среды и использования природных ресурсов.

3. В рамках госуправления осуществляются следующие основные мероприятия:

экологическое нормирование;

• экологическая стандартизация;

• экологическая сертификация;

• экологический аудит;

• проведение процедуры ОВОС;

• экологическое лицензирование;

• экологический контроль;

• экологическая экспертиза;

• экологический мониторинг.

4. Под экологическим лицензированием понимается деятельность государственных органов, связанная с выдачей лицензий на природопользование или осуществление хозяйственных и иных работ, касающихся охраны окружающей среды (например на проведение инвентаризации выбросов загрязнений в атмосферный воздух; на разработку нормативов ПДВ, ПДС; на утилизацию, складирование, размещение, захоронение, уничтожение промышленных отходов; на экологическое обучение, повышение квалификации и профессиональной переподготовки кадров и т. д.).

5. Экологическая сертификация — это деятельность по подтверждению соответствия сертифицируемого объекта предъявляемым к нему экологическим требованиям. Объектом экологической сертификации является готовая продукция (новая техника, материалы, вещества).

6. Экологический аудит - проверка и оценка состояния деятельности юридических лиц и граждан-предпринимателей по обеспечению рационального природопользования и охраны окружающей среды от вредных воздействий, включая состояние очистного и технологического оборудования, их соответствие требованиям законодательства РФ. Экологический аудит как инструмент экологического права и охраны окружающей среды, достаточно развитый в мире, является пока еще новым для России: вряд ли найдется инвестиционная компания или банк, который, давая предприятию кредит, будет изучать вероятность инвестиционного риска с точки зрения экологической защищенности деятельности, которую ведет потенциальный заемщик.

7. Любая проектная и предпроектная документация намечаемой деятельности (строительство и реконструкция объектов, размен щение производств, освоение новых территорий и т. д.) должна содержать раздел "Охрана окружающей среды" и в нем — обязательный подраздел ОВОС (материалы по оценке воздействия на окружающую среду намечаемой деятельности). ОВОС — это предварительное определение характера и степени опасности всех потенциальных видов влияния и оценка экологических, экономических и социальных последствий осуществления проекта. Общим итогом ОВОС является официальное "Заявление о воздействии на окружающую среду" — документ, предназначенный для органов, принимающих решение о судьбе проектов, и рассматриваемый при экологической экспертизе.

8. Под государственным экологическим контролем понимают один из видов государственной административной деятельности, призванной обеспечить соблюдение экологического законодательства и выполнение природоохранных мероприятий.

Должностные лица органов государственного экологического контроля (инспекторы) имеют право:

• принимать решения об ограничении, приостановлении и прекращении деятельности предприятий;

• налагать административный штраф в установленном размере за нарушение природоохранного законодательства;

• предъявлять иски о возмещении вреда и направлять материалы для привлечения виновных к уголовной ответственности;

• выдавать разрешения на природопользование;

• устанавливать нормативы на выбросы, сбросы;

• назначать государственную экологическую экспертизу.

Вопрос 52. Экологический мониторинг.

  1.  Мониторинг.
  2.  Главная цель мониторинга.
  3.  Три ступени мониторинга.
  4.  Государственные и ведомственные службы, осуществляющие наблюдения за отдельными объектами.

1. Под мониторингом (от лат. "монитор" — напоминающий, надзирающий) понимают систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды.

Основной принцип мониторинга — непрерывное слежение.

2. Главная цель мониторинга — наблюдение за состоянием окружающей природной среды и уровнем ее загрязнения; своевременная оценка последствий антропогенного воздействия на биоту, экосистемы и здоровье человека, а также эффективности природоохранных мероприятий. Мониторинг — это также экспериментальное моделирование, прогноз и рекомендации по управлению состоянием окружающей природной среды.

Мониторинг является важнейшей частью государственного контроля. Глава 10 Федерального закона "Об охране окружающей среды" гласит, что "государственный мониторинг окружающей среды (государственный экологический мониторинг) осуществляется в соответствии с законодательством РФ и законодательством субъектов РФ в целях наблюдения за состоянием окружающей среды, в т. ч. в районах расположения источников антропогенного воздействия, и воздействием их на окружающую среду, а также в целях обеспечения потребностей в достоверной информации и уменьшения неблагоприятных последствий изменения состояния окружающей среды; информация о состоянии окружающей среды, ее изменениях используется для разработки прогнозов социально-экономического развития и принятия соответствующих решений, а также для разработки федеральных целевых программ и мероприятий в области охраны окружающей среды".

Мониторинг охватывает наблюдение за источниками, факторами антропогенных воздействий и за эффектами, которые они вызывают в окружающей среде, и прежде всего за реакцией биологических систем на эти воздействия.

3. По территориальному охвату различают три ступени или блока современного мониторинга:

• локальный (биоэкологический, санитарно-гигиенический);

• региональный (геосистемный);

• глобальный (биосферный, фоновый).

В России функционирует разветвленная общегосударственная служба наблюдения по всем ступеням мониторинга, обобщая результаты которого, получают объективную картину антропогенных и природных процессов.

4. Наблюдения за отдельными объектами окружающей среды осуществляют различные государственные и ведомственные службы:

Центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (ЦГМС);

• Центр Государственного санэпиднадзора (ЦГСЭН);

• Министерство природных ресурсов (МПР);

• Комитет земельных ресурсов и др. На многочисленных станциях (например защиты растений, метеостанциях), стационарных постах, постах гидрологических наблюдений, в химических лабораториях и т. д. наблюдают за загрязнением атмосферы, вод, почвы, донных отложений; следят за состоянием земель, недр, сохранностью животного и растительного мира.

Основной объем наблюдений выполняют службы ЦГМС. Так, на их стационарных постах отслеживают содержание в приземном слое атмосферного воздуха городов химических веществ. ЦГМС и ЦГСЭН проводят наблюдения за качеством поверхностных вод по створам рек, питьевого водоснабжения.

(назад)

Лекция 13.

Вопрос 53. Экологическая экспертиза.

  1.  Экологическая экспертиза.
  2.  Объекты экологической экспертизы.
  3.  Заключение экологической экспертизы.

1. Экологическая экспертиза установление соответствия намечаемой хозяйственной или иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий.

Различают государственную, общественную и иные виды экологических экспертиз, которые проводятся обычно на добровольной основе и носят рекомендательный или информационный характер.

Правовой основой экологической экспертизы служит Федеральный закон "Об экологической экспертизе", Федеральный закон "Об охране окружающей среды", а также постановления, указы и другие природоохранные акты. Нормативной базой являются стандарты, нормы, правила.

2. Объектами государственной экологической экспертизы могут являться:

• любые проектные и предпроектные документы (в т. ч. технико-экономическое обоснование и проекты строительства, реконструкции, технического перевооружения, а также нормативно-правовые акты, проекты рекультивации земель, материалы, обосновывающие получение лицензий, и др.);

• новые техника и технология, продукция, сырье и материалы;

• проекты стандартов и нормативов и т. д.

Федеральным законом "Об экологической экспертизе" установлены следующие принципы государственной экологической экспертизы:

• обязательность ее проведения;

• научная обоснованность выводов;

• независимость и вневедомственность — широкая гласность, привлечение общественности, а главное, презумпция потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной и иной деятельности.

Государственная экологическая экспертиза, как правило, предшествует принятию хозяйственного решения, что позволяет еще на стадии планирования и проектирования выявить допущенные ошибки, оценить их последствия и дать рекомендации по их устранению. Финансирование работ по всем проектам и программам открывается только при наличии положительного заключения Государственной экологической экспертизы.

3. Госэкспертиза проводится экспертными комиссиями, образованными Министерством природных ресурсов России и его органами на местах. Экспертиза материалов, представленных на госэкспертизу, завершается составлением заключения Государственной экологической экспертизы.

Заключение экологической экспертизы — документ, подготовленный экспертной комиссией, содержащий обоснованные выводы о допустимости воздействия на окружающую природную среду хозяйственной или иной деятельности либо других объектов экспертизы и о возможности их реализации.

Председатель и члены комиссии, подписавшие заключение, несут полную ответственность за правильность и обоснованность своих выводов в соответствии с законодательством РФ.

Выводы экспертной комиссии могут быть обжалованы в суд.

Заключение экологической экспертизы может быть положительным (оно является одним из обязательных условий реализации объекта экспертизы) и отрицательным (запрет реализации объекта экспертизы). В случае отрицательного заключения заказчик вправе предоставить материалы на повторную экспертизу с учетом их переработки.

Вопрос 54. Юридическая ответственность

  1.  Экологические правонарушения.
  2.  Юридическая ответственность.
  3.  Дисциплинарные наказания.
  4.  Административная и имущественная ответственность.
  5.  Уголовная ответственность.

1. Экологические правонарушения различны по своему составу, но всегда складываются в сфере природы, будь то загрязнение природной среды, незаконная порубка леса или нарушение законодательства о континентальном шельфе. Наибольшее число экологических правонарушений связано с охраной и использованием животного мира (охота и рыболовство) и с охраной атмосферного воздуха.

Общий критерий всех экологических нарушений — причинение вреда окружающей природной среде.

Экологические правонарушения, не относящиеся к категории общественно опасных, именуют экологическими проступками. Если же они представляют общественную опасность, посягают на экологическую безопасность общества, причиняют ощутимый вред окружающей природной среде и здоровью человека, их относят к категории экологических преступлений.

2. Юридическая ответственность — это обязательство юридических и физических лиц перед обществом и государством относительно соблюдения действующих законов по охране окружающей среды. Правовая система нашей страны предусматривает четыре формы ответственности:

• дисциплинарную (включая материальную);

• административную;

• имущественную;

• уголовную.

Физические лица могут нести все виды ответственности, а юридические, т. е. предприятия, учреждения и организации, привлекаются лишь к административной и имущественной ответственности.

3. Дисциплинарные наказания (предупреждение, строгий выговор, понижение в должности и в окладе, увольнение с работы) налагаются на должностных лиц, рабочих и служащих руководителем предприятия, организации, учреждения за невыполнение ими своих производственных обязанностей, связанных с правовой охраной окружающей природной среды.

При этом следует учитывать два важных момента:

• дисциплинарная ответственность может наступить лишь за нарушение экологических правил, исполнение которых входило в круг должностных обязанностей нарушителя. Так, нельзя привлекать к ответственности водителя за выпуск в эксплуатацию автомобиля, у которого содержание загрязняющих веществ превышало установленные нормы, поскольку исполнительный контроль за этот выпуск не входит в число водительских обязанностей;

• недопустимо наказывать в дисциплинарном порядке лиц, которые нарушают экологические правила во внерабочее время.

4. К административной ответственности могут быть привлечены организации, предприятия, должностные лица, отдельные граждане. Административная ответственность устанавливается за противоправное действие или бездействие, нарушающее законодательство об охране окружающей среды (порчу, повреждение, уничтожение природных объектов, несоблюдение экологических требований при захоронении вредных веществ и т. д.).

Наиболее распространенная мера административного взыскания

денежный штраф; кроме того, применяются предупреждения, общественное порицание, изъятие орудий совершения правонарушения, конфискация незаконно добытой продукции и т. д.

Имущественная ответственность возлагается на предприятие-загрязнитель за вред, который может быть нанесен, вследствие его хозяйственной деятельности, окружающей природной среде или здоровью человека*

5. За экологические правонарушения, которые отличаются наивысшей степенью общественной опасности и тяжелыми последствиями (умышленное уничтожение или повреждение лесных массивов путем поджога, загрязнение водоемов и атмосферного воздуха, незаконную порубку леса, незаконную охоту и некоторые другие), предусмотрена уголовная ответственность {лишение свободы, конфискация имущества, крупный денежный штраф и т. п.). Применение мер этого вида ответственности за экологические преступления определяется Уголовным кодексом РФ. Единственным основанием назначения уголовного наказания является приговор суда.

Все предприятия и граждане, причинившие вред окружающей природной среде, здоровью и имуществу других граждан и народному хозяйству, обязаны возместить его в полном объеме. Должностные лица, по вине которых предприятие понесло расходы по возмещению вреда, несут материальную ответственность.

(назад)

Лекция 14.

(назад)

Лекция 15

назад

Лекция 16.

назад

Список использованной литературы:

  1.  Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. «Экология. Природа-человек-техника»;
  2.  Глухов В.В., Лисочкина Т.В., Некрасов Т.П. «Экономические основы экологии»;
  3.  Горелов А.А., «Экология»;
  4.  Дзлиев Г.У. «Лекции по общей экологии»;
  5.  Дзлиев Г.У., «Сборник лабораторных работ по общей экологии»;
  6.  Квашнин И.М. «Промышленные выбросы в атмосферу. Инженерные расчеты и инвентаризация»;
  7.  Мазур И.И., Молдованов О.И., Шишов В.Н. «Инженерная экология»;
  8.  Международная система единиц СИ;
  9.  Мельник Л.Г., «Экологическая экономика»;
  10.  Одум Ю. «Экология». В 2-х т.;
  11.  Охрана окружающей среды. Под ред. С.В. Белова;
  12.  Раймерс Н.Ф. «Эколгия (теория, законы, правила, принципы и гипотезы)»;
  13.  Экология и экономика природопользования. Под ред. Э.В.Гирусова.
  14.  Экология. Методические указания по выполнению практических работ. Под редакцией д-ра техн. наук, проф. Алборова И.Д.;
  15.  Реймес Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник, М.: Мысль, 1986.
  16.  Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. Ростов-на-Дону: Феникс, 2000.
  17.  Небель Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир / Пер. с англ. Т. 1-2. М.: Мир, 1993.
  18.  Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. Ч. III: пер. с англ. / Под ред. Г.А. Ягодина, 1996.
  19.  Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов / Под общ. ред. В.В. Хаскина. М.: ЮНИТИ, 1998.
  20.  Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Наука, 1998.
  21.  Экология России: Хрестоматия / Сост. В.Н. Кузнецов. М.: АО "МДС", 1996.
  22.  Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учебное пособие для вузов. М.: Агентство "Фаир", 1998.
  23.  Охрана окружающей природной среды: Учебник / Под ред. СВ. Белова. М.: Высшая школа, 1991.
  24.  Трушина Т.П. Экологические основы природопользования. Ростов-на-Дону: Феникс, 2001.

назад


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53193. Літературна гра на тему: Шевченко - художник 32.5 KB
  Шевченка створена на тему його однойменної поеми Катерина Картина проектується на екран. На екран проектується репродукція картини Т.На екран проектується обкладинка першого видання Кобзаря. ВовчкуАвтопортрет зі свічкою Репродукція проектується на екран.
53194. Гра «Поле чудес» План-конспект узагальнюючого уроку на тему «Світлотінь» для 6 класу 308 KB
  Завдання можуть бути суто теоретичними а можуть чергуватися практичні та теоретичні питання. Нас чекають цікаві завдання відкриття призи. Познайомимося з умовами гри: Розподіл барабана на сектори: Кожен сектор має своє позначення: Намальований пензлик це означає що гравуць отримує практичне завдання виконати в кольорі аквареллю на папері пейзаж натюрморт розмивання набризк і т. Намальований олівець практичне завдання виконати простим олівцем малюнок геометричне тіло з світлотінню глечик вазу і т.
53195. Фізико-математична гра «Щасливий випадок» 241.5 KB
  Правила: В цьому раунді кожній команді буде задано деяку кількість простих запитань з математики, інформатики, фізики та астрономії за обмежений час (1 хв.) Кожна правильна відповідь оцінюється 1 балом. Приймаються лише перші відповіді команди. Якщо ніхто з учасників команди не знає відповіді на запитання, можна говорити «Пас» або «Далі». Очки при цьому не нараховуються.
53196. Гра – тренінг «Обираємо професію разом» 41.5 KB
  Учитель: одна мудра людина сказала: Щастяце коли хочеться іти на працю а у вечорі йти додому Просто правда Але тільки на перший погляд. проводила тест на визначення профорієнтації за результатами цього тесту ви об’єднались в групи: 1 людина людина; 2 людина – техніка; 3 людина – природа; 4 людиназнакова система; 5 людина мистецтво. Завдання 1: на столі знаходяться речі дивлячись на них ви повинні відповісти на такі запитання: людина – людина: 1. Яка ємкість одноразового стаканчика людина техніка: 1.
53197. Мандрівка в народну гру 66 KB
  Їх із задоволенням грають діти і навіть дорослі не проти пограти. Проте у всіх іграх є одна спільна рисанародна мудрість. Гра найважливіша форма дитячої діяльності. Спостережливість уміння володіти собою як гра.
53198. Від навчання до бізнесу 41.5 KB
  Де знаходиться статуя Свободи Париж столиця якої країни Як називається вежа що похилилася але не падає Які іноземні фірми спортивного одягу ви знаєте Техніка якої країни славиться на весь світ Москва столиця якої країни У якому місті знаходиться Ейфелева вежа Священною твариною якої країни є корова На прапорі якої країни є кленовий листок Де знаходиться піраміда Тутанхамона Як називаються всі кістки людини В який телепередачі по Т.К Інтер учні заробляють гроші своїм розумом Як називається каркас...
53200. Игра «Счастливый случай» 51.5 KB
  Как называется самая глубокая часть океана Существует ли море без берегов Где оно расположено На каком материке ветер дует круглый год только на север Где находится самый длинный коралловый риф Назовите цветные моря. Где они находятся Какое озеро самое глубокое в мире Как называются сухие русла рек в Африке Что такое атолл Назовите самый крупный остров у берегов Африки Назовите пролив между Южной Америкой и Антарктидой. На какой реке находится водопад Виктория Как называется ветер меняющий направление два...
53201. Урок-гра «Пригадаємо цікаві сторінки математики» 120 KB
  Кожен конкурс оцінюється в пять балів. Перший конкурс Назви себе. Виставлення балів за конкурс. Другий конкурс Теоретичний.