Экология как наука. Роль антропогенного фактора в развитии биосферы. Виды загрязнений. Экологические катастрофы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЕКЦИЯ 1 (4 ч)

Часть 1 (2 ч)

1.1 Понятие экологии, ее междисциплинарная роль в современных условиях. Экология человека. Инженерная экология и ее задачи

Экология - молодая наука, но древнейшая отрасль человеческого знания. Рождение экологии как самостоятельной науки произошло в середине XIX века. В 1866 году немецкий биолог Эрнест Геккель (1834-1919) назвал экологией один из разделов биологии - “науку об отношении организмов к окружающей среде”. Буквальный перевод введенного Геккелем термина “экология” с греческого языка означает “наука о доме”: “ойкос” или “экос” - “дом, родина”; “логос” - “наука, учение”. Классическим определением экологии как науки считается следующее: экология - наука о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях между собой и с окружающей их внешней средой.

Изначально экология развивалась как часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками - химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой и т.д. Постепенно она вышла за рамки биологии и приобрела междисциплинарное значение, то есть стала наукой, стоящей на стыке целого ряда наук, неразрывно связанной с достижениями этих наук, активно использующей свойственные им методы, понятия и термины. Такое “размывание” понятия “экология”, потеря четких границ ее с другими науками привели к возникновению множества разделов и направлений экологии. Традиционная экология в составе биологической науки носит название общей экологии и изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды. По размерам объекта изучения экологию делят на ландшафтную (географическую) и глобальную (учение о биосфере). По конкретным объектам исследования экология классифицируется на экологию животных, экологию растений и экологию микроорганизмов. С научно-практической точки зрения экологию делят на теоретическую (изучает общие закономерности организации жизни) и прикладную (изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов). Существуют такие специальные дисциплины, как инженерная экология, геоэкология, промышленная экология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология, социальная экология и др. Социальная экология изучает взаимоотношения в системе “человеческое общество - природа”, а один из ее разделов - экология человека - рассматривает взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающей средой.

Инженерная экология занимается исследованием природно-технических геосистем, формирующихся в результате взаимодействия природы и человеческого общества. Инженерная экология, опираясь на нормы жизнеобеспечения растительного и животного мира, определяет эффективные способы и средства охраны окружающей природной среды. Основной задачей инженерной экологии является создание таких методов и средств формирования и управления природно-техническими геосистемами, которые обеспечивали бы их функционирование, не нарушая механизмов саморегуляции объектов биосферы и естественного баланса природообразующих геосфер.

экология биосфера либих шелфорд

1.2 Учение о биосфере

Термин “биосфера” образован от греческих слов “биос” - жизнь и “сфера” - шар. Впервые этот термин был введен в научную литературу в 1875 году австрийским геологом Эдуардом Зюссом (1831-1914). Э. Зюсс понимал под “биосферой” пространство на поверхности Земного шара, где обитают живые организмы. Как научное направление, учение о биосфере сформировалось в первой четверти XX века в России. Его основоположником стал великий русский ученый академик Владимир Иванович Вернадский (1863-1945). Классический труд В. И. Вернадского “Биосфера” был опубликован в 1926 году. Согласно Вернадскому, биосфера представляет собой уникальную геологическую оболочку Земного шара, глобальную планетарную систему, где существует или когда-либо существовала жизнь, другими словами, где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Биосфера сформировалась в результате длительной эволюции под влиянием следующих естественных факторов: солнечной энергии, силы гравитации, тектонических сил, химической энергии (окислительно-восстановительные процессы) и биогенной энергии (фотосинтез у растений, хемосинтез у бактерий, усвоение и окисление пищи у животных, размножение и продуктивность у биомассы).

В составе биосферы различают три компоненты - три области распространения жизни:

1. Атмосфера (от греч. “атмос” - пар) - газовая оболочка Земли.

2. Гидросфера (от греч. “гидора” - вода) - водная оболочка Земли.

3. Литосфера (от греч. “литос” - камень) - каменная оболочка Земли.

Биосфера включает в себя всю поверхность Земли, верхнюю часть литосферы (до глубины ?4.5 км), всю гидросферу (до максимальной глубины 11.022 км - Марианская впадина на дне Тихого океана, а также 1-2 км донных отложений) и нижнюю часть атмосферы (до высоты 20-25 км). Такие границы биосферы определяются, согласно Вернадскому, “полем существования жизни” - то есть наличием живых организмов или “следов” их жизнедеятельности. Верхней границей биосферы служит озоновый слой - за его пределами существование жизни невозможно вследствие губительного влияния жесткого ультрафиолетового излучения. Нижней границей биосферы служит высокая температура земных недр (свыше 100 ⁰С). В средней части биосферы живые организмы присутствуют постоянно, их основная концентрация приходится на границу атмо-, гидро-, и литосферы. Пределов биосферы достигают лишь отдельные простейшие организмы (бактерии, споры грибов), занесенные туда случайно.

Согласно учению В. И. Вернадского, биосфера имеет сложную внутреннюю структуру и состоит из семи компонентов:

1. Живое вещество - совокупность всех живых организмов, населяющих планету. Характеризуется массой, химическим составом, энергией.

2. Косное вещество - геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Пример: магматические горные породы, минералы.

3. Биокосное вещество - продукты взаимодействия живого и косного веществ. Пример: океанические воды, почва.

4. Биогенное вещество - геологические образования, созданные деятельностью живых организмов. Пример: каменный уголь, нефть, известняки.

5. Радиоактивное вещество - химические элементы, находящиеся в состоянии радиоактивного распада.

6. Вещество космического происхождения. Пример: метеориты.

7. Рассеянные атомы.

Живое вещество составляет самую незначительную часть биосферы: его масса (?2.4^.10¹² т) соответствует примерно одной двухтысячной (1/2000) массы атмосферы - самой легкой оболочки Земного шара; объем живого вещества составляет приблизительно одну полуторамиллионную (1/1500000) объема всей биосферы. Тем не менее, именно живое вещество играет основополагающую роль в глобальных биосферных процессах. Признание живого вещества самой мощной геологической силой планеты составляет сущность учения В. И. Вернадского о биосфере. Он писал: “На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые вместе”.

1.3 Биогеоценоз и его составляющие. Экосистемы и их устойчивость

Термин “биогеоценоз” образован от греч. “биос” - жизнь, “гео” - земля и “ценоз” - сообщество. Впервые термин “биогеоценоз” был предложен русским ученым-почвоведом академиком В. Н. Сукачевым в 1940 году. Согласно определению В. Н. Сукачева, биогеоценоз - это сложившаяся в процессе эволюции пространственно ограниченная однородная природная система функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их неживой среды. Говоря иначе, биогеоценоз - это конкретный однородный участок земной поверхности, на котором взаимодействуют живое и косное вещества биосферы, объединенные обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Биогеоценоз состоит из следующих компонентов:

1. Фитоценоз - растительные сообщества (растительность, флора).

2. Зооценоз - животный мир (животные, фауна).

3. Микробоценоз - микроорганизмы.

4. Эдафотоп - почва с подпочвенными слоями горных пород (грунтом) и почвенно-грунтовыми водами.

5. Климатоп - атмосфера с содержащимися в ней кислородом, углекислым газом, влагой, осадками.

Первые три компонента биогеоценоза образуют в результате взаимодействия биологическое единство - биоценоз. Последние два компонента биогеоценоза образуют косное единство - экотоп.

ЭКОТОП

Размещено на http://www.allbest.ru/

БИОЦЕНОЗ

Каждый биогеоценоз отделен от других границами, которыми служат границы растительных сообществ однородного видового состава и строения в закономерном сочетании. Обычно границы растительных сообществ совпадают с природными географическими зонами, вследствие чего различают биогеоценозы тундры, лесов, степей, пустынь, болот, озер и т.д. В зависимости от особенностей климата и исторических факторов формирования жизни биогеоценозы могут сильно различаться - например, биогеоценозы озер и пустынь.

В последнее время в научной литературе все чаще вместо термина “биогеоценоз” употребляют термин “экосистема”. Действительно, они очень близки, однако не являются синонимами. Термин “экосистема” (экологическая система) был предложен английским ученым-ботаником А. Тенсли в 1935 году. Согласно определению, экосистема - это сообщество живых организмов и среда их обитания, которые функционируют совместно и связаны между собой взаимным обменом веществ и энергии.

Как мы видим, определение экосистемы очень похоже на определение биогеоценоза. Различие этих терминов состоит в том, что экосистема - понятие более широкое: границы экосистемы, в отличие от границ биогеоценоза, определяются только содержанием исследуемого сообщества живых организмов и среды его обитания. Примеры экосистем: капля воды, кочка на болоте, подушка лишайника на стволе дерева, аквариум с рыбками, озеро, степь, лес, река, океан, континент, биосфера в целом. Если для биогеоценоза обязательно наличие всех структурных компонентов, то экосистема может не иметь в своем составе, например, фитоценоза и даже зооценоза: такой экосистемой, биоценоз которой состоит только из микробоценоза, служит сообщество микроорганизмов, разлагающих гниющее в лесу дерево или труп животного. Таким образом, каждый биогеоценоз может быть назван экосистемой, но не каждая экосистема является биогеоценозом.

Основным условием функционирования любой экосистемы является наличие в ней взаимосвязей (взаимодействия) живых организмов между собой и с окружающей их внешней средой. Самый распространенный и важный тип взаимодействия базируется на интересах питания и носит название пищевой или трофической структуры экосистемы (от греч. “трофе” - питание).

Трофическая структура (трофика) любой экосистемы состоит из нескольких уровней, которые также называют трофическими:

1. Автотрофы (продуценты): живые организмы, создающие сложные органические вещества (биомассу) из простых неорганических соединений, используя внешние источники энергии. К ним относятся зеленые растения и часть бактерий.

Фотоавтотрофы (зеленые растения, цианобактерии и некоторые другие виды бактерий) создают органическое вещество в процессе фотосинтеза, используя энергию Солнца:

h?

6CO₂ + 6H₂O + 2821,9 кДж ?????? C₆H₁₂O₆ + 6O₂?

хлорофилл глюкоза

Хемоавтотрофы (нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии и другие виды бактерий) создают органическое вещество в процессе хемосинтеза, используя энергию химических связей: окисляют NH₃, H₂S, CH₄, CO и другие простые соединения до более сложных.

Количество создаваемой автотрофами биомассы называется первичной продукцией. Скорость образования первичной продукции (т.е. количество биомассы, образующейся в единицу времени на единице площади или в единице объема) называют биологической продуктивностью экосистемы.

2. Гетеротрофы (консументы): живые организмы, неспособные синтезировать органические вещества из неорганических и требующие поступления органического вещества извне в виде пищи, которой служат автотрофы и другие живые организмы. К консументам относится огромное количество живых организмов. Различают несколько групп гетеротрофов.

Консументы I порядка (фитофаги и детритофаги) - растительноядные животные и животные, питающиеся детритом (например, грифы, раки, земляные черви). Детрит - мертвые растительные и животные остатки (опавшие листья, фекалии, трупы и т.д.).

Консументы II порядка (зоофаги) - плотоядные животные, питающиеся фитофагами и детритофагами (хищники); насекомоядные растения и растения-паразиты.

Консументы III порядка - плотоядные животные, питающиеся зоофагами (вторичные хищники); животные-паразиты.

Консументы IV и V порядка - сверхпаразиты.

Существуют консументы со смешанным типом питания - полифаги (например, человек).

Таким образом, гетеротрофы строят свое тело за счет автотрофов. Количество биомассы, создаваемой консументами, называется вторичной продукцией.

3. Сапротрофы: живые организмы, питающиеся мертвым органическим веществом и разлагающие его до простых неорганических соединений. К ним относятся редуценты (различные виды бактерий, простейшие, грибы), а также детритофаги. Частично минерализация органических веществ осуществляется всеми живыми организмами в процессе метаболизма.

Взаимосвязанный ряд трофических уровней представляется собой трофическую цепь. Трофическая цепь не всегда может быть полной: например, опавшая листва сразу подвергается минерализации редуцентами - в этой трофической цепи отсутствует звено консументов.

Основным (и самым важным) свойством любой экосистемы является устойчивость, под которой понимается способность системы противостоять изменениям, возвращаясь в исходное состояние благодаря действию ряда механизмов. В основе устойчивости системы лежит принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии на систему, выводящем ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект воздействия ослабляется. Основным условием устойчивости любой экосистемы является биологическое разнообразие (то есть разнообразие форм жизни). Его наличие обеспечивает последовательное использование выделяемых в среду продуктов жизнедеятельности организмов, дает возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев системы другими и т.д. Присутствие в экосистеме лишь одной формы жизни предопределяет ее конечность вследствие исчерпания ресурсов и загрязнения среды продуктами жизнедеятельности, которые невозможно использовать вторично.

Часть 2 (2 ч)

1.4 Понятие экологического фактора. Закон минимума Либиха. Закон толерантности Шелфорда

Среда обитания любого живого организма - это совокупность условий его жизни. Успех выживания живых организмов и их процветание зависят от их приспособленности к условиям среды обитания. Условия среды обитания (т. е. компоненты внешней среды), которые оказывают прямое или косвенное воздействие на живые организмы на протяжении хотя бы одного цикла индивидуального развития, называются экологическими факторами.

Существует несколько классификаций экологических факторов: по “критерию жизни”, по свойствам, по отношению к экосистеме и др. Классификация по “критерию жизни” подразумевает деление экологических факторов на биотические и абиотические. Биотическими факторами называют совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других организмов, а также на неживую среду обитания. Например, растения выделяют кислород, необходимый для дыхания животных, а животные обеспечивают поступление в атмосферу CO₂, который используется растениями в процессе фотосинтеза; одни живые существа служат пищей для других живых существ и т.п. Абиотическими факторами называют совокупность неорганических (неживых) компонентов экосистемы и внешней среды, влияющих на жизнедеятельность живых организмов. К ним относятся температура, влажность воздуха, давление, сила ветра, энергия солнечных лучей, осадки, химический состав среды обитания и т.п.

В последнее время, кроме биотических и абиотических, выделяют еще одну группу экологических факторов - антропогенные. Антропогенные факторы - это факторы, созданные деятельностью человека и воздействующие на окружающую среду и живые организмы. К ним относятся истребление, размножение и переселение человеком в другие места обитания различных видов животных и растений, влияние человеческой деятельности на климат, режим рек и др., распашка целинных земель и т.п.

Не все экологические факторы одинаково важны для успешного выживания конкретного живого организма. Экологические факторы, которые являются наиболее значимыми (критическими) для жизнедеятельности организма, называются лимитирующими экологическими факторами. Значение лимитирующих факторов для живых организмов было впервые установлено немецким агрохимиком Ю. Либихом и сформулировано в виде закона.

Закон минимума (Ю. Либих, 1840 г.): Рост растений, величина и устойчивость их урожайности зависят от вещества, находящегося в минимуме. Пояснение: Для питания растений очень важны такие элементы, как калий, азот, фосфор; недостаток этих элементов в почве приводит к отклонениям в нормальном росте растений или их гибели.

Сформулированный для растений, закон минимума стал в дальнейшем использоваться для других живых организмов и приобрел новое звучание: Жизнеспособность живых организмов определяется не теми элементами питания, которые потребляются ими в больших количествах и находятся в избытке, а теми, которые используются в микроколичествах и находятся в недостатке. Например, для нормального развития и функционирования человеческого организма большое значение имеют витамины и микроэлементы (железо, магний и др.).

Закон Либиха имеет ограниченный характер и действует, как правило, на уровне химических веществ. Его дополнением является правило взаимодействия факторов: живой организм в определенной мере способен заменить дефицитное вещество иным функционально близким веществом. Для других экологических факторов такая взаимозамена невозможна (закон независимости факторов В. Р. Вильямса). Например, нельзя действие влажности заменить действием солнечного света и т.п.

Закон минимума Либиха получил дальнейшее развитие в законе толерантности Шелфорда, который установил, что наряду с влиянием минимума (недостатка) экологических факторов, негативное влияние на жизнедеятельность живых организмов может оказывать и их максимум (избыток).

Закон толерантности (Ю. Шелфорд, 1913 г.): Лимитирующим фактором процветания живого организма может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми соответствует величине выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Закон Шелфорда был впоследствии (1975 г.) дополнен Ю. Одумом следующими положениями: 1) организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий - в отношении другого; 2) организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены; 3) если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для данного вида организмов, то диапазон толерантности может уменьшиться в отношении других факторов и т.д.

1.5 Экологические законы жизни

Кроме законов Либиха и Шелфорда, в экологической науке существует ряд положений, которые носят название экологических законов жизни и формулируются следующим образом:

1. Закон Рулье: Результаты развития (изменений) любого объекта определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится.

Пояснение: Закон имеет всеобщее значение, распространяется на живую и неживую природу и социальную сферу.

2. Закон сохранения жизни: Жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потока веществ, энергии и информации. Прекращение движения в этом потоке прекращает жизнь.

Пояснение: Закон устанавливает принципиальную разницу между живым и неживым веществом. Живое сохраняется только в процессе движения, в непрерывном взаимодействии живого тела с окружающей средой. Сохранение неживых тел, напротив, требует их покоя в благоприятной по свойствам неподвижной среде.

3. Каждый вид организмов, поглощая из окружающей среды необходимые ему вещества и выделяя в нее продукты своей жизнедеятельности, изменяет ее таким образом, что среда становится непригодной для его существования.

4. Постоянное существование организмов в любом ограниченном пространстве возможно только в экологических системах, внутри которых отходы жизнедеятельности одних организмов утилизируются другими видами организмов.

Пояснение: Естественно существующая экосистема должна включать автотрофов, гетеротрофов и сапротрофов.

5. Устойчивость экосистем определяется соответствием их видового состава условиям жизни и степенью развитости самих систем.

Пояснение: Характер почв должен соответствовать потребностям растений, характер растительности - потребностям животных, а их виды должны быть “пришлифованы” друг к другу. Такое положение достигается лишь в течение длительного развития биоценозов.

1.6 Биологический круговорот и энергетический баланс в биосфере

Академик В. Р. Вильямс писал, что единственный способ придать чему-то конечному свойства бесконечного - это заставить конечное вращаться по замкнутой кривой, т. е. вовлечь его в круговорот.

Все вещества на планете Земля находятся в процессе круговорота. Круговоротом веществ на Земле называются повторяющиеся процессы превращения и перемещения веществ в природе, имеющие более или менее выраженный циклический характер. Различают два типа круговорота веществ - большой (геологический, абиотический) и малый (биологический, биотический).

Большой круговорот носит глобальный, планетарный характер, охватывает всю биосферу и выходит за ее пределы. Он обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и представляет собой перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли. Суть геологического круговорота состоит в следующем: выветривание магматических горных пород приводит к их разрушению и трансформации в осадочные. Осадочные горные породы в результате ряда процессов попадают в зоны действия высоких температур и давлений (в частности, сносятся потоками воды в Мировой океан). Там они преобразуются (метаморфизм), переплавляются и превращаются в магму - источник новых магматических пород, которые вновь поднимаются на поверхность планеты в результате медленных геологических процессов. Каждый последующий цикл круговорота не является точным повторением предыдущего, а вносит что-то новое, и это со временем приводит к очень значительным изменениям.

Малый круговорот является частью большого, осуществляется внутри экосистем и не выходит за пределы биосферы. Суть биологического круговорота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов: создании органического вещества (биомассы) из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и разрушении органического вещества до неорганических соединений в процессе разложения. Осуществление биологического круговорота происходит посредством жизнедеятельности трех групп организмов - автотрофов, гетеротрофов и сапротрофов. Источником биологического круговорота является солнечная энергия, которая связывается, запасается на поверхности Земли в результате процесса фотосинтеза.

Фотосинтез - единственный процесс на Земле, при котором солнечная энергия не только тратится и перераспределяется, но и связывается (в количестве, не превышающем 5% от всей энергии Солнца, достигающей земной поверхности). Связанная энергия вступает в круговорот по трофическим цепям, претерпевая превращения из одной формы в другую:

солнечная энергия (свет) ?

? химическая энергия (энергия химических связей) ?

? механическая энергия (работа) ?

? тепловая энергия (тепло)

Таким образом, на каждом этапе развития живого организма часть потенциальной (запасенной растениями в процессе фотосинтеза) химической энергии, получаемой им в результате питания, позволяет организму осуществлять свои жизненные функции и высвобождается в космическое пространство в виде тепла.

В круговороте веществ в биосфере участвуют органические и неорганические соединения, химические элементы, их молекулы, атомы, ионы. Круговороты химических элементов и простых неорганических веществ (H₂O, CO₂), протекающие в масштабах всей биосферы, принято называть биогеохимическими циклами. Суть биогеохимических циклов состоит в следующем: химические элементы, попадая в живой организм, затем покидают его, переходя в неорганическую среду, откуда снова попадают в живой организм и т.д. Наиболее важное значение для жизни на Земле имеют круговороты углерода, азота, кислорода, фосфора и серы.

ЛЕКЦИЯ 2 (2 ч)

2.1 Формы взаимодействия человеческого общества и биосферы. Роль антропогенного фактора в развитии биосферы

Итак, биосфера - саморегулирующаяся, динамически устойчивая планетарная экосистема. Такой она стала в процессе эволюции. Динамическая устойчивость биосферы обеспечивается разнообразием составляющих ее экосистем, саморегуляция достигается посредством сложных механизмов круговорота веществ и энергии.

Миллион лет назад в эволюции биосферы произошло важное событие - появился человек. Отличие человека от других живых организмов состояло в обладании сознанием, позволяющим оценивать результаты своей деятельности. Однако долгое время деятельность человека практически не отличалась от деятельности других живых организмов и была связана в основном с удовлетворением естественных биологических потребностей - добыванием пищи, поиском источников тепла, защитой от хищных зверей и т.д. По мере развития человечества влияние его деятельности на биосферу росло. Но только благодаря стремительному прогрессу науки и техники (XIX-XX вв.), человек начал по-настоящему активно вмешиваться в естественные процессы, протекающие в биосфере.

Сейчас влияние деятельности человека на биосферные процессы стало сопоставимо с влиянием естественных факторов, определявших развитие биосферы на протяжении всей ее предыдущей истории. Именно в наши дни вступает в силу разработанная академиком В. И. Вернадским концепция ноосферы - сферы (ведущего значения человеческого) разума.

Ноосфера (от греч. “noos” - мышление, разум) - высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным определяющим фактором развития биосферы. Вот как сам В. И. Вернадский писал о ноосфере: “Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью, трудом встает вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы приближаемся, и есть ноосфера”.

Сейчас мы можем говорить лишь о начальных стадиях развития ноосферы и в зависимости от того, как построит человек свои взаимоотношения с окружающей его природной средой, зависит будущее биосферы и существование самого человека.

Деятельность человека, оказывающую влияние на природные биосферные процессы, принято называть антропогенным воздействием.

Антропогенное воздействие - деятельность человека, связанная с реализацией его экономических, военных, культурных и других интересов, вносящая физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую природную среду.

Характер и масштабы антропогенного воздействия на биосферу определяются биосоциальной природой человека, суть которой состоит в следующем:

? с одной стороны, человек - биологический объект, участвующий в глобальном круговороте веществ и энергии и связанный с окружающей средой системой трофических взаимодействий (человек - гетеротрофный консумент-полифаг с аэробным типом обмена);

? с другой стороны, человечество представляет собой высокоразвитую социальную систему, которая предъявляет к окружающей среде широкий круг небиологических требований, вызванных техническими, бытовыми, культурными потребностями, прогрессивно возрастающими по мере развития науки, техники, культуры.

В настоящее время потребности человека вышли далеко за рамки чисто биологических, масштабы его воздействия на биосферу значительно превысили ее адаптационные возможности. Другими словами, человечество как социальная система стало функционировать намного шире, чем как система биологическая. Такое состояние взаимоотношений в системе “человеческое общество - биосфера” влечет за собой нарушение сложившегося в процессе эволюции биологического круговорота и угрожает целостности биосферы.

Выделяют следующие основные виды антропогенных воздействий:

1. Изменение структуры земной поверхности: строительство городов, промышленных предприятий, дорог, распашка степей, вырубка лесов, осушение земель, создание искусственных водоемов и т.д.

2. Изменение химического состава окружающей природной среды, влияние на круговорот веществ в биосфере: добыча полезных ископаемых, выбросы различных веществ в атмосферу и гидросферу, химизация сельского хозяйства и т.д.

3. Изменение энергетического (теплового) баланса отдельных регионов и планеты в целом: крупномасштабное сжигание топлива, загрязнение атмосферы “малыми газами” и т.д.

4. Изменения, вносимые в живую природу: уничтожение отдельных видов организмов, выведение новых пород животных и сортов растений, перемещение организмов на новые места обитания и т.д.

Все антропогенные воздействия на биосферу можно разделить на преднамеренные (целенаправленные) и сопутствующие (непроизвольные). Преднамеренные антропогенные воздействия - воздействия, осуществляемые человеком сознательно для достижения конкретных целей: например, строительство городов, дорог, водохранилищ, добыча полезных ископаемых и т.д. Сопутствующие антропогенные воздействия возникают побочно с преднамеренными: например, добыча полезных ископаемых сопровождается изменением почвенного рельефа и т.п. Более опасными для окружающей природной среды являются сопутствующие антропогенные воздействия: их сложно прогнозировать и отклик биосферы на них появляется не сразу, а со сдвигом во времени, вследствие чего масштабы таких воздействий трудно регулировать.

2.2 Понятие загрязнения. Виды загрязнений

Источники загрязнения атмосферы, гидросферы, литосферы.

Основным и наиболее распространенным видом антропогенного воздействия на биосферу является загрязнение окружающей природной среды.

Загрязнение окружающей природной среды - это поступление в нее или возникновение в ней новых, нехарактерных для нее физических, химических, биологических или информационных агентов, оказывающих вредное воздействие на природные экосистемы и человека. Другими словами, №1 загрязнение окружающей природной среды - это поступление в природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий в количествах, оказывающих вредное воздействие на здоровье человека, флору и фауну.

По происхождению загрязнение окружающей среды бывает естественным и антропогенным. Естественное загрязнение - это загрязнение, вызванное естественными (природными) причинами и катастрофами. К ним относятся извержения вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары, селевые потоки, наводнения, землетрясения, выветривание горных пород, ветровая и водная эрозия, массовое цветение растений, разложение живых организмов и т. п. №5 Антропогенное загрязнение - это загрязнение, являющееся результатом хозяйственной деятельности человека.

Выделяют следующие основные виды загрязнений окружающей природной среды:

1. Физическое (параметрическое) загрязнение - загрязнение, связанное с изменением физических параметров среды. В зависимости от изменения того или иного параметра различают следующие виды физических загрязнений:

а)№ 8 Тепловое загрязнение. Проявляется в повышении температуры среды. Источники - теплотрассы, промышленные выбросы теплой воды и дымовых газов и т.д.

б) Шумовое загрязнение. Проявляется в превышении естественного уровня шума и ненормальном изменении звуковых характеристик - периодичности, силы звука и т.п. Источники - работа транспорта, промышленных устройств, бытовых приборов, поведение людей и т.д.

в) Радиационное и радиоактивное загрязнения. Радиационное обусловлено действием ионизирующих излучений, радиоактивное - содержанием радиоактивных веществ. Проявляется в превышении естественного радиационного фона Земли (1-10 мЗв/год). Источники - разработка радиоактивных руд, ядерные взрывы (военные и в мирных целях), применение радионуклидов в различных отраслях хозяйства (медицина, энергетика и др.), ядерно-технические установки (подводные лодки и др.), аварии на атомных электростанциях и предприятиях, радиоактивные отходы.

г) Электромагнитное загрязнение. Обусловлено длительным воздействием электромагнитных полей. Проявляется нарушениями в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах: повышении утомляемости, возникновении чувства апатии и др. Источники - высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио- и телепередающих станций, бытовая техника (микроволновые печи и др.), радиотелефоны, компьютеры и т.д.

2. №13 Химическое (деструкционное) загрязнение - загрязнение, проявляющееся в увеличении количества химических компонентов в определенном объеме среды за рассматриваемый промежуток времени, а также проникновение в среду химических веществ, отсутствовавших в ней ранее, или в количествах, превышающих норму. Различают два вида химических загрязнений:

а) Минеральное загрязнение - загрязнение минеральными веществами.

б) Органическое загрязнение - загрязнение органическими веществами.

Количество загрязняющих биосферу химических веществ огромно и постоянно увеличивается по мере развития новых технологических процессов. “Приоритет” принадлежит следующим загрязняющим веществам: диоксиду серы, тяжелым металлам (свинцу, кадмию, ртути и др.), пестицидам, бенз(а)пирену, нефти и нефтепродуктам (углеводородам), оксиду и диоксиду углерода, оксидам азота, полимерным материалам (пластмассам). Источники химического загрязнения - химическая, нефтехимическая, металлургическая, горнодобывающая, пищевая и другие отрасли промышленности, энергетика (ТЭС), сельское хозяйство, транспорт, коммунально-бытовое хозяйство и т.д.

3. №21 Биологическое загрязнение - привнесение в среду и размножение в ней нежелательных, в первую очередь - для человека, организмов (растений, животных, микроорганизмов), проникновение их в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства. Различают следующие виды биологических загрязнений:

а) Биотическое (биогенное) загрязнение. Проявляется в распространении нежелательных, с точки зрения людей, биогенных веществ (выделений, мертвых тел и др.) на территории или акватории, где они ранее не наблюдались.

б) Микробиологическое (микробное) загрязнение. Проявляется в появлении в среде необычно большого количества микроорганизмов.

Источники биологического загрязнения - мусорные свалки, несвоевременная уборка мусора, предприятия промышленного биосинтеза (производство биоконцентратов, кормового белка, антибиотиков, вакцин, ферментов и др.) и т.д.

По масштабам и распространению различают локальное, региональное и глобальное загрязнения окружающей среды. Локальное (местное) загрязнение - это загрязнение небольшой территории, как правило, вокруг промышленного предприятия, населенного пункта. Региональное загрязнение - это загрязнение, обнаруживающееся в пределах значительных пространств, но не охватывающее всю планету. Глобальное (фоново-биосферное) загрязнение - это загрязнение, обнаруживающееся в любой точке планеты независимо от расстояния от источника загрязнения.

В настоящее время антропогенному загрязнению подвергаются все компоненты биосферы (воздух, вода, почва).

№25 Основными источниками загрязнения атмосферы являются предприятия черной и цветной металлургии, химическая и нефтехимическая промышленность, теплоэнергетика (ТЭС, АЭС, промышленные и городские котельные), промышленность строительных материалов, целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая промышленность, автотранспорт, сельское хозяйство. Главными загрязнителями атмосферного воздуха являются оксиды углерода, оксиды азота, SO₂ и твердые частицы (пыль, сажа, зола и др.). На их долю приходится ?98% от общего объеме выбросов. В атмосферу поступает также множество других вредных веществ - углеводороды, бенз(а)пирен, аммиак, сероводород, хлор, фтор, озон, формальдегид, фенолы, тяжелые металлы, фреоны и т.д.

Основными источниками загрязнения гидросферы являются сточные воды предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и легкой промышленности, машиностроения, коммунально-бытового хозяйства, а также сточные воды судов (т.е. флота). Водоемы загрязняются тяжелыми металлами, нефтью и нефтепродуктами, пестицидами, солями, взвешенными частицами, фенолами, СПАВ и т.д., возникают тепловое, радиационное и другие загрязнения.

Основными источниками загрязнения литосферы являются сельское хозяйство, мелиорация, добыча полезных ископаемых, химическая, нефтехимическая, металлургическая и военная промышленность, энергетика, коммунально-бытовое хозяйство. Главными загрязнителями почвы являются пестициды, металлы, картон и бумага, пластмассы, золы, шлаки.

2.3 Критерии оценки степени загрязнения: ПДК, ПДВ, ПДС, комплексные показатели

Итак, в настоящее время хозяйственная деятельность человека по мощности воздействия на биосферу соизмерима с процессами, протекающими в природе. И совершенно очевидно, что продолжать бесконтрольно загрязнять окружающую природную среду человечество не может; однако прекратить свою хозяйственную деятельность или хотя бы снизить ее темпы оно тоже не в состоянии - в связи со все возрастающими потребностями цивилизации. Единственным выходом из сложившейся ситуации является установление рациональных взаимоотношений человека с окружающей природной средой. Рациональные взаимоотношения предполагают использование человеком природных ресурсов без ущерба для окружающей природной среды и обеспечение их возобновления. Другими словами, необходимо регулировать качество окружающей природной среды. Под качеством окружающей природной среды понимают совокупность показателей, характеризующих состояние природной среды. Для регулирования качества окружающей природной среды современное законодательство многих стран, в том числе и РФ, использует систему экологического нормирования.

Экологическое нормирование (т.е. нормирование качества окружающей природной среды) - это процесс научной разработки и юридического закрепления системы количественных и качественных нормативов состояния окружающей природной среды, при которых обеспечиваются благоприятные условия для жизни людей и устойчивого функционирования природных экосистем. Другими словами, экологическое нормирование имеет два аспекта - регулирование антропогенных нагрузок на окружающую среду и обеспечение безопасности окружающей среды для человека. Целью экологического нормирования является поддержание такого состояния природных экосистем, при котором происходит непрерывное обеспечение процессов обмена веществами и энергией между природой и человеком на уровне, обеспечивающем воспроизводство жизни на Земле.

Нормативы качества окружающей природной среды делятся на три группы: санитарно-гигиенические, производственно-хозяйственные и комплексные.

Санитарно-гигиенические нормативы - это нормативы предельно допустимых уровней химического, биологического, физического и радиационного воздействий (применительно к здоровью человека). Основными санитарно-гигиеническими нормативами являются: предельно допустимая концентрация вредных веществ ПДК (для химических и биологических воздействий) и предельно допустимый уровень воздействия ПДУ (для физических и радиационных воздействий).

Предельно допустимая концентрация ПДК - такое содержание вредного вещества в компонентах окружающей среды (воздухе, воде, почве), которое при периодическом (т.е. за определенный промежуток времени) или постоянном (т.е. в течение всей жизни человека) воздействии практически не влияет на здоровье человека и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК веществ для воздуха выражаются в мг/м³, для воды - в мг/л, для почвы - в мг/кг. Величины ПДК разрабатываются с использованием научных методов и устанавливаются в законодательном порядке - Государственным Комитетом санитарно-эпидемиологического надзора (Госкомсанэпиднадзор) при правительстве РФ. Первые нормативы ПДК вредных веществ в нашей стране были установлены: для воды - в 1939 г., для воздуха - в 1951 г., для почвы - в 1980 г. Сейчас в РФ утверждены и действуют более 500 нормативов ПДК вредных веществ для воздуха, более 1900 - для водоемов и более 130 - для почв.

...