Основы геоэкологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Геоэкология

Учебно-методическое пособие

Павлодар 2015

УДК 502/504 (075.8)

ББК 20.1Я7

Г35

Рекомендовано к изданию учебно-методических советом Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова

Рецензенты:

Царегородцева А. Г. - кандидат географических наук, профессор Павлодарского государственного университета им. С.Торайгырова;

Жумадилов Б. З. - кандидат биологических наук, заведующий кафедрой общей биологии Павлодарского государственного педагогического института.

Составитель Г. С. Ажаев

Геоэкология: учебно-методическое пособие / сост. Г. С. Ажаев. - Павлодар : Кереку, 2015. - 110 с.

В учебно-методическом пособии изложены основы геоэкологии - междисциплинарного научного направления, изучающего экосферу как взаимосвязанную систему геосфер в процессе ее интеграции с обществом. Рассмотрены природные и социально-экономические факторы экосферы, проблемы глобальных изменений, геоэкологические проблемы атмосферы, гидросферы, литосферы, биосферы.

Учебное-методическое пособие предназначено для студентов вузов обучающихся по специальностям 5B060800 - Экология, 5B060900 - География, изучающих экологию, геоэкологию; учителей и учащихся общеобразовательных школ.

УДК 502/504 (075.8)

ББК 20.1Я7

© Ажаев Г. С., 2015

© ПГУ им. С. Торайгырова, 2015

Содержание

Введение

1. Геоэкология: предмет и задачи

2. Экологические факторы и общие закономерности их воздействия на геосистемы

3. Экологически дестабилизированные природные среды

4. Антропоустойчивость геосистем

5. Экологические проблемы техногенеза

6. Природно-технические геосистемы - как объект системного геоэкологического анализа

7. Антропогенное воздействие на природную среду

8. Охрана атмосферного воздуха

9. Охрана земельных ресурсов и почв

10. Охрана ресурсов недр. Понятие термина «недра». Классификация природных ресурсов

11. Водные ресурсы и их рациональное использование

12. Охрана животного мира и растительности

13. Охрана ландшафтов. Классификация антропогенных ландшафтов по Ф.Н.Милькову

14. Охраняемые природные территории. Классификация и категории ОПТ

15. Экономические и эколого-хозяйственные аспекты охраны природы

16. Планы семинарских занятий

Тестовые задания для самоконтроля

Экзаменационные вопросы по курсу

Литература

Введение

География - одна из древнейших наук, ее возникновение было обусловлено необходимостью познания человеком окружающего его пространства, уровень интереса к которому определялся различными потребностями человечества на разных этапах его развития. Первоначально она носила комплексный типично землеведческий характер, затем в процессе изучения различных свойств природы в пределах единой естественной науки появилась система географических наук. Возросшее воздействие человека на природу, изменение среды его обитания способствовали развитию социально-экономического направления в географии, которая приобрела естественно-общественный характер. Областью исследования географии стала среда жизнедеятельности людей, включающая в себя измененную человеком природу, которая в результате антропогенного воздействия постепенно приобрела ряд специфических свойств, что позволяет называть ее окружающей средой.

В начале XXI в. географическая наука вышла на качественно новый уровень своего развития, обусловленный возросшим значением географии в понимании сложных природных и социальных процессов, происходящих на нашей планете, в оптимизации использования ее пространства и освоении ресурсов, в осмыслении будущего Земли и возможности развития человеческого общества с его постоянно растущими запросами. Это обусловило появление в рамках наук географического цикла нового научного направления - геоэкологии.

Учебная дисциплина «Геоэкология» является одним из интегральных учебных географических курсов, отвечающих принципам комплексного университетского образования. Он направлен на формирование представлений о неразрывном единстве всех компонентов географической среды, знаний об образующих ее структуру геосистемах. Курс «Геоэкология» базируется на анализе глобальных геоэкологических проблем человечества, особенностях их регионального и локального проявления. В нем рассматриваются теоретические и методологические основы геоэкологии, различные подходы к изучению изменений географической среды, происходящих в ходе естественных тенденций ее развития и антропогенного воздействия, геоэкологические аспекты функционирования природно-техногенных геосистем, возможные пути решения геоэкологических проблем и т. д. Изучение этого курса позволит студентам углубить свои знания в области разработки основ оптимизации взаимодействия человека и природы.

экологический геосистема антропоустойчивость охрана

1. Геоэкология: предмет и задачи

1.1 Геоэкология: предмет и задачи

Геоэкология представляет междисциплинарное научное направление, формирующееся в течение последних десятилетий для решения назревших, самых актуальных проблем - от локальных до глобального экологического кризиса.

Геоэкология (от греч. ge - Земля, oikos - жилище, дом, logos - учение, слово) исследует современное состояние экосферы, слагающие ее природные, природно-антропогенные и антропогенные геосистемы различной размерности и уровня интеграции для решения задач оптимизации природопользования и оздоровления окружающей среды.

Первоначально термин геоэкология К. Тролль (1939 г.) использовал для обозначения раздела экологии, изучающую экологию ландшафтов Земли (сообществ живых организмов, свойственных определенным типам природных систем).

Существуют разные подходы и аспекты изучения геоэкологии.

В рамках географического подхода геоэкология изучает географическую среду, ее геосистемы с экологической точки зрения и в целях решения проблем, связанных с жизнедеятельностью человека как элемента живой природы и получением необходимых ресурсов для человечества. При этом геосистемы рассматриваются не только как среда обитания и формирования экосистем, но и как среда обитания и деятельности человека.

В геологическом подходе объектом геоэкологии служит геологическая среда (литосфера), а предметом - решение экологических проблем, проявляющихся в литосфере или процессах, обусловленных взаимодействием литосферы с глубинными сферами Земли.

В расширенной трансдисциплинарном подходе исследуются состав, структура, закономерности функционирования современных (естественных и антропогенно измененных) экосистем высоких уровней организаций. В этом случае геоэкология соотносит законы экологии с закономерностями всех наук о Земле - географии, геологии, геохимии, геофизики. Интегрирует все знания об экологических проблемах и ставит в качестве цели сохранение жизнеобеспечивающей среды и жизни на Земле.

В предмет изучения геоэкологии входит описание, объяснение и предсказание процессов и явлений в природе и обществе, которые влияют на формирование и состояние окружающей человека, природных и природно-антропогенных экосистем либо сами являются результатом такого влияния. Геоэкология концентрирует внимание на проблемах сохранения среды обитания, преодоления экологических бедствий, катастроф и кризисов, на проблемах рационального использования биологических, минерально-сырьевых, рекреационный ресурсов и геокультурных ценностей.

Природа - совокупность естественных условий существования человеческого общества. Использование ее богатств является основой материальной жизни и экономического развития общества.

Все элементы природы, вовлекаемые в производство для удовлетворения потребностей людей и составляющие его сырьевую и энергетическую базу, называют природными ресурсами.

В соответствии с различиями в основных принципах их рационального использования все природные ресурсы подразделяют на исчерпаемые и неисчерпаемые. В свою очередь, исчерпаемые ресурсы состоят из возобновимых (восполнимых) и невозобновимых (невосполнимых) (рисунок 1).

Рисунок 1 - Классификация природных ресурсов (по степени исчерпаемости)

Группу возобновимых образуют ресурсы, которые могут быть восполнены в процессе их использования. К ним относятся биологические ресурсы (животные и растения), а также некоторые соли, быстро осаждающиеся в озерах и морских лагунах. Однако при этом следует иметь в виду, что любой вид биологического ресурса после его уничтожения возобновить, т.е. воссоздать заново, невозможно.

Все полезные ископаемые, которые образуются в геологически длительные сроки, относятся к группе невозобновимых природных ресурсов.

К неисчерпаемым относят часть энергетических ресурсов (солнечные, геотермальные, приливно-отливные, гелиево-водородные), воду и воздух.

Природные условия - это все элементы природной среды, которые на данном уровне развития производительных сил влияют на жизнедеятельность человеческого общества, но не участвуют в материальном производстве.

В процессе исторического развития общества природные условия могут становиться одновременно и природными ресурсами. Например, воздух, до того, как составляющие его газы стали использовать в технологических целях, относился к категории природных условий. Ныне он является природный ресурсом.

В прошлом, когда уровень развития экономики в мире был невысок, природа успевала восполнять большинство ресурсов, компенсируя ущерб, наносимый ей человеком. В 20 веке положение резко изменилось. Это обусловлено, прежде всего, стремительным ростом населения. Растущее человечество нуждается во все большем количестве природных ресурсов, необходимых, прежде всего, для удовлетворения его потребностей в качественном и полноценном питании.

Наша планета обладает значительными возможностями для увеличения производства продовольствия, но они небеспредельны, а в ряде регионов - даже ограничены. Несмотря на то, что на нашей планете биоресурсов вполне достаточно для обеспечения продовольствием всего населения, в настоящее время полноценное питание получают лишь 17 % населения мира.

Обострение экологических проблем связано также с колоссальным ростом потребления и вызванным этим увеличением производства в развитых странах. При чем темпы роста намного опережают показатели увеличения численности населения. Так, за последние сто лет население Земли утроилось, а мировая экономика возросла двадцатикратно. Объем промышленного производства вырос в 50 раз. За последние 20 лет потребление первичной биологической продукции возросло более чем на четверть.

Сокращение площади лесов происходит со скоростью около 180 тыс. кв. км в год (восстанавливается лишь десятая часть сведенных лесных площадей). Скорость потребления природных ресурсов в наши дни многократно превосходит возможности их естественного возобновления.

Гигантских величин достигло и само потребление природных ресурсов:

- в настоящее время на производственные и бытовые нужды ежегодно используется свыше 3,5 тыс. куб.км воды;

- при сжигании топлива потребляется около 15 млрд. т атмосферного кислорода;

- из земных недр извлекается около 1000 млрд. т горных пород;

- при сельскохозяйственных и других работах перемещается около 4 тыс. куб. км почвы и грунтов.

Деятельность человека по своим размерам и масштабу сравнялась с природными процессами. Темпы использования природных ресурсов ныне соизмеримы с их запасами. Стало очевидным, что природные ресурсы ограничены и некоторые из них могут быть полностью израсходованы в ближайшие десятилетия. Следовательно, для предотвращения полного исчерпания природных ресурсов нужна специальная система мер по организации их рационального использования, охране и умножению.

Окружающая природная среда. Существует проблема более острая, чем угроза исчерпания ряда природных ресурсов. Самочувствие и жизнедеятельность людей в значительной мере определяются состоянием окружающей природной среды - среды обитания и производственной деятельности человечества. Каждый биологический вид, включая человека, может существовать при определенном ее состоянии (экологические факторы). При добыче и использовании природных ресурсов, как правило, происходит ухудшение экологических свойств природной среды, что несет угрозу жизни многих живых организмов, в том числе и человека. Поэтому необходимо согласование хозяйственной деятельности с экологическими возможностями природы, ограничение производства экологически обусловленными пределами. Иначе говоря, природопользование должно быть экологически обоснованным.

Рациональное и нерационально природопользование. Охрана природы.

Под природопользованием обычно понимают любой вид хозяйственного и бытового использования природных ресурсов и условий.

Нерациональное природопользование - система деятельности, не обеспечивающая сохранения природно-ресурсного потенциала природы, ведущая к исчерпанию природных ресурсов, подрыву восстановительных сил природы, снижению ее оздоровительных и эстетических качеств.

На огромных территориях разрушены естественные биоценозы (если в 1990 г разрушения коснулись только 20 % суши, то в 2001 г - уже 63 %). Биосфера обладает способностью к саморегулированию, восстановлению экологических свойств, благоприятных для высокоорганизованных организмов, только в том случае, если человечество потребляет не более 1 % чистой продукции биосферы. Такое положение сохранялось до начала 20 века. Ныне потребление сохранялось до начала 20 века. Ныне потребление достигло 10 % чистой продукции биосферы, в результате чего, биосфера уже не в состоянии восстанавливать и поддерживать экологические свойства природной среды в прежнем объеме и качестве.

Рациональное природопользование - система деятельности, призванная обеспечить разумное использование природных ресурсов и их воспроизводства с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей.

Антропогенные изменения природных условий. Все виды воздействия человека на природу и все изменения в ней, вызванные этими воздействиями, относятся к числу антропогенных. Их следствия могут быть невелики и охватывают ограниченные пространства. Другие антропогенные изменения окружающей природной среды захватывают значительные регионы.

1.2 Основные этапы в истории взаимоотношений общества и природы

Человек появился на Земле около 4,6 млн. лет назад. Сначала это был человек-собиратель. Около 1,6 млн. лет назад человек научился пользоваться огнем. Это позволило ему заселить территории с умеренным климатом и заняться охотой. Использование огня и изобретение оружия привело к массовому уничтожению (перепромыслу) крупных млекопитающих средних широт (таблица 1). Это послужило причиной первого экологического кризиса (кризиса консументов). Этот кризис заставил человека перейти от присваивающего типа хозяйства (охота и собирательство) к производящему (скотоводство и земледелие).

Первые земледельческие цивилизации возникли в районах недостаточного увлажнения, что потребовало создания оросительных систем. В результате эрозии и засоления почв произошли локальные экологические катастрофы в бассейнах рек Тигр и Ефрат, а сведение лесов привело к появлению пустыни Сахара на месте плодородных земель. Так проявил себя кризис примитивного земледелия.

Позднее земледелие продвинулось на территории достаточного увлажнения, в районы лесостепи и леса, в результате чего началась интенсивная вырубка лесов. Развитие земледелия и нужда в древесине для строительства домов и кораблей привели к катастрофическому уничтожению лесов в Западной Европе. Сведение лесов в прошлом и настоящем вызывает изменение газового состава атмосферы, климатических условий, водного режима, состояния почв. Массовое уничтожение растительных ресурсов Земли характеризуется как кризис продуцентов.

Таблица 1 - Экологические кризисы в развитии биосферы и цивилизаций (по Н. Ф. Реймерсу, 1992)

Название кризиса	Время	Причины кризиса	Пути выхода из кризиса
Предантропогенный (аридизация)	3 млн лет назад	Наступление засушливого периода (аридизация климата)	Возникновение прямоходящих антропоидов
Обеднения ресурсов собирательства и промысла для человека	0-50 тыс. лет назад	Недостаток доступных первобытному человеку ресурсов	Простейшие биотехнические мероприятия типа выжигания растительности для обновления экосистем
Перепромысла крупных животных (кризис консументов)	10-50 тыс. лет назад	Уничтожение доступных крупных животных человеком-охотником	Переход к примитивному земледелию
Примитивного поливного земледелия	1,5-2 тыс. лет назад	Примитивный полив, сопутствующие ему истощение и засоление почв	Переход к неполивному (богарному земледелию)
Недостатка растительных ресурсов и продовольствия (кризис продуцентов)	150-250 лет назад	Истощительное землепользование, отсталые технологии	Промышленная революция, новые технологии в сельском хозяйстве
Глобального загрязнения среды и угрозы истощения ресурсов (кризис редуцентов)	30-50 лет назад по настоящее время	Истощительное природопользование, многоотходные технологии	Энергосберегающие технологии, безотходное производство, поиск экологически приемлемых решений
Глобальный термодинамический (теплового загрязнения)	Начался и прогнозируется	Выделение в среду большого количества тепла, особенно внутренних источников, парниковый эффект	Ограничение использования энергии, предотвращение парникового эффекта, поиск решений
Глобального исчерпания надежности экологических систем	Первые признаки и прогноз	Нарушение экологического равновесия в масштабах планеты	Приоритет экологических ценностей перед всеми другими, поиски решений

С 18 века в результате промышленной, а затем и научно-технической революции на смену доиндустриальной эпохи приходит индустриальная. За последние 100 лет потребление возросло в 100 раз. В настоящее время на одного жителя Земли каждый год добывается 20 т сырья, которое перерабатывается в конечные продукты массой 2 т, т.е. 90 % сырья превращается в отходы. Из 2 т конечного продукта в течение того же года выбрасывается не менее 1 т. Появление огромного количества отходов, причем часто в виде несвойственных природе веществ, привело к возникновению еще одного кризиса - кризиса редуцентов. Редуценты не успевают очищать биосферу от загрязнения, часто они на это просто не способны биологически. Это приводит к нарушению круговорота вещества в биосфере.

Помимо загрязнения биосферы различными веществами, происходит ее тепловое загрязнение - добавление тепловой энергии в приземный слой тропосферы в результате сжигания огромного количества горючих полезных ископаемых, а также использования атомной и термоядерной энергии. Следствием этого может стать глобальное потепление климата. Этот кризис получил название термодинамического.

Еще одним экологическим кризисом является снижение надежности экологических систем, в частности в результате снижения их видового разнообразия, разрушения озонового слоя, и т.д.

Экологический кризис (чрезвычайная экологическая ситуация) - экологическое неблагополучие, характеризующееся устойчивыми отрицательными изменениями окружающей среды и предоставляющее угрозу для здоровья людей. Это состояние взаимоотношений между человечеством и природой, обусловленное несоответствием размеров производственно-хозяйственной деятельности человека ресурсно-экологическим возможностям биосферы.

Экологическая катастрофа (экологическое бедствие) - экологическое неблагополучие, характеризующееся глубокими необратимыми изменениями окружающей среды и существенным ухудшением здоровья населения. Это природная аномалия, нередко возникающая на основе прямого или косвенного воздействия человеческой деятельности на природные процессы и ведущая к остронеблагоприятным экономическим последствиям или массовой гибели населения определенного региона.

Принципиальным является следующее различие между экологическим кризисом и экологической катастрофой: кризис - обратимое явление, катастрофа - необратимое явление.

2. Экологические факторы и общие закономерности их воздействия на геосистемы

2.1 Экологические факторы и их взаимодействие в геосистемах

Жизнедеятельность человека, как и любых других живых организмов, неразрывно связана с определенными условиями окружающей среды. Она зависит от температуры, влажности, газового состава атмосферного воздуха, качества воды, механического состава почвогрунтов и плодородия почв, состава пищи и пр. Это, так называемые экологические факторы, под которыми понимают любые условия окружающей среды, на которые живые организмы реагируют приспособительными реакциями.

Экологические факторы характеризуют определенные требования организма к качеству окружающей среды. Качество окружающей среды - это степень соответствия природных условий потребностям людей или других живых организмов. Отклонение от этого соответствия, резкое изменение природных факторов от требуемой организму нормы (другими словами - от привычного качества среды) приводит к нарушениям обмена веществ в организме и даже угрожают жизни растений и человека (рисунок 2).

Рисунок 2 - Действие экологических факторов на организм



Высокое качество окружающей среды географических систем выражается в соблюдении ряда условий. Необходимо:

- устойчивое существование и развитие живых организмов в конкретных условиях окружающей среды природно-антропогенных ландшафтов;

- отсутствие каких-либо неблагоприятных последствий для живых организмов и людей, живущих в том или ином ландшафте.

Качество окружающей среды определяется на основе суммы критериев. В числе их обычно называют: высокую биологическую продуктивность геосистемы, благоприятные условия жизнедеятельности населения в границах определенных природно-антропогенных ландшафтов.

Геосистемы разного уровня в той или иной мере подвержены антропогенному воздействию, следствием чего может явиться экологическая дестабилизация (нарушение экологического фона) природной среды. При этом нарушается режим многих биотических и абиотическим факторов, который очень часто выходит за пределы, отвечающие экологическим требованиям живых организмов, в том числе человека. Экологическая дестабилизация природной среды является результатом воздействия на геосистемы различных экологических факторов.

Под экологическим факторами следует понимать условия внешней среды, оказывающие воздействие на человеческое сообщество в пределах природно-антропогенных систем различного структурного уровня. Живые организмы реагируют на экологические фаю торы различными приспособительными реакциями. Зависимость между организмами и факторами среды имеет характер функции

A = f (с),

где А - определенный тип активности организма, с - мера влияния действующего фактора.

Наиболее полная классификация экологических факторов разработана Н. Ф. Реймерсом. В зависимости от продолжительности воздействия он выделяет факторы и периодические и непериодические (постоянные, повторяющиеся, случайные). Экологические факторы по происхождению можно разделить на: космические, абиотические (абиогенные), биогенные, природно-антропогенные и др. По принципу среды возникновения их разделяют на атмосферные, водные, геоморфологические, физиологические, биосферные и др. По своему характеру факторы среды могут быть физическими, геофизическими, термическими, химическими, климатическими и т. д. Многофакторная классификация Н. Ф. Реймерса относительно сложная для восприятия и практического использования.

Более известна классификация экологических факторов:

а) абиотические;

б) биотические;

в) антропогенные.

Таблица 2 - Классификация экологических факторов среды (по И. Н. Пономаревой)

Абиотические	Биотические	Антропогенные
Климатические: свет, температура, влага, ветер, давление Эдафогенные (почвенные): механический состав, воздухопроницаемость, плотность почво-грунтов Орографические: рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склонов Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов.	Фитогенные: растительные организмы Зоогенные: животные Микробиологические: вирусы, простейшие, бак терпи	Деятельность человека

Абиотические факторы охватывают совокупность климатических и почвенно-грунтовых условий окружающей среды. К ним относятся: космическая и солнечная радиации; зональные, высотные и глубинные градиенты света и тепла; гравитация и давление с их высотными и глубинными градиентами; электромагнитное поле Земли; атмосфера, ее состав и закономерности циркуляции воздушных масс; поверхность литосферы с ее рельефом, почвами, различным минеральным составом и гранулометрией, теплоемкостью и влагоемкостью; гидросфера с градиентами ее состава, закономерностями водообмена и газообмена.

Космическая радиация - абиотический фактор наземной среды. Источником ее служат процессы, происходящие вне Земли: изменения солнечной активности, поток космических лучей и др. Влияние на геосистемы выражается в проявлении ритмики природных процессов, обусловленных солнечно-земными связями, в нарушении целостности озоносферы Земли («озоновые дыры») и т. п. Солнечная радиация. Лучистая энергия Солнца распространяется в основном в виде электромагнитных волн, которые проникают в земную атмосферу и достигают поверхности Земли. В составе солнечного излучения 48 % приходится на видимую часть спектра, 45 % - на инфракрасное и 7 % - на ультрафиолетовое излучение. Электромагнитное излучение Солнца - единственный источник энергии для экзогенных процессов на Земле. Роль солнечного света невозможно переоценить. Преимущественное значение для жизни имеют инфракрасные лучи, а для фотосинтеза - ультрафиолетовое излучение. Разрушение озоносферы в результате техногенеза делает возможным проникновение на Землю губительных для живых организмов ультрафиолетовым лучей. Освещенность земной поверхности непосредственно связана с лучистой энергией Солнца. Смена дня и ночи, обусловленная вращением Земли, играет важную физиологическую роль в жизни живых организмов: суточные ритмы активности животных и растений. Проявления техногенеза, выражающиеся в загрязнении атмосферного воздуха, высотной застройке могут вызвать нарушения условий освещенности и ухудшение экологической обстановки антропогенных ландшафтов.

Климатические факторы связаны с поступлением солнечной энергии на земную поверхность, обусловлены характером циркуляции воздушных масс, балансом тепла и влаги, динамикой атмосферного давления и другими метеорологическими элементами. Атмосферные факторы связаны чаще всего с физическим состоянием и химическим составом атмосферы: давлением и влажностью атмосферного воздуха, осадками, газовым составом атмосферы, температурой земной поверхности, движением воздушных масс (ветром) и давлением атмосферы.

Влажность атмосферного воздуха связана с насыщением воздуха водяными парами, количество которых зависит от температуры воздуха. Наибольшее экологическое значение для биотической среды геосистем имеет дефицит влажности, который характеризует разность между максимальным и данным насыщением воздуха водяными парами. Общим правилом является соответствие более высокого дефицита влажности повышенному температурному фону и сухости воздуха геосистемы и наоборот. Значение этого фактора для биоты связано с интенсивностью физиологических процессов живых организмов.

Антропогенез способен вызывать изменение естественного режима влажности атмосферного воздуха в городских, промышленных, сельскохозяйственных и водохозяйственных ландшафтах. Атмосферные осадки тесно связаны с влажностью воздуха. Наибольшее экологическое значение имеет резко выраженная пространственная неравномерность в выпадении осадков, сумма осадков и ее распределение по сезонам года. Антропогенное воздействие оказывает влияние на фактор атмосферных осадков. Например, в городах и промышленных узлах осадков выпадает на 10 % больше, чем в сельской местности. Важная роль принадлежит осадкам в самоочищении атмосферного воздуха.

Экологическая роль термического фактора связана с воздействием температуры на окружающую среду. Наибольшее значение имеют территориальные различия в температурном режиме Земли, выражающиеся в существовании тепловых поясов. Значение термического фактора для эволюции живой природы очень велико. Хозяйственная деятельность человека в основном обусловливает общее повышение температурного фона природно-антропогенных систем на Земле.

Движение воздушных масс (ветер). Ветер оказывает влияние на все элементы климата: режим температуры, влажность, испарение влаги. Это один из наиболее существенных экологических факторов, определяющий транспирацию растений, перенос и рассеивание загрязнителей природной среды. Антропогенез, как правило, замедляет скорость ветра в городских агломерациях, что приводит к усилению загрязнения геосистем.

В связи с постоянством состава атмосферного воздуха на Земле, отмечается высокая степень адаптации к нему живых организмов. В атмосферном воздухе содержатся частицы почвенной пыли и морских солей. Под влиянием техногенеза в атмосфере городских и промышленных ландшафтов наблюдается резкое повышение содержания твердых и жидких аэрозольных частиц: сажи, пыли, воды, кислот и пр. Антропогенез определяет повышение СО₂ в атмосфере («парниковый эффект»), разрушает озоносферу («озоновые дыры»), приводит к загрязнению атмосферы множеством чужеродных ингредиентов. В результате этого, воз многих регионах Земли сложились чрезвычайно неблагоприятные для жизнедеятельности человека экологические условия окружающей среды.

Геолого-геоморфологические факторы связаны с геологическими структурами, рельефом, степенью расчлененности земной поверхности. Чаще всего, эти факторы являются регуляторами степени интенсивности природно-антропогенных, экзодинамических процессов (эрозия оползни, обвалы). Антропо-техногенез часто приводит к нарушениям естественного геохимического фонда ландшафтов (выбросы породы с глубины сотен метров и ее последующее выщелачивание), иссяканию водоносный горизонтов и т. д. Местоположение геосистемы, ее географическое строение и рельеф определяют экологические особенности ландшафтов. Например, высокий фон загрязнения атмосферы в городах Алматы и Усть-Каменогорске во многом связан с приземными инверсиями температуры воздуха и штилевым режимом ветров в условиях котловинного рельефа столицы и этого административного центра Казахстана.

Эдафические факторы. Почвенный фактор играет важную роль в эволюции геосистем. Почва представляет собой сложное биокосное образование, возникшее на контакте литосферы и атмосферы в результате сложного взаимодействия климата, растительности, животных и микроорганизмов. Экологическая роль почвы в геосистемах связана с их плодородием (содержанием гумуса), механическим составом (агрегатностью), влажностью, аэрированностью и газовым составом почвенного воздуха. Большое экологическое значение имеет кислотная реакция почвы, ее плотность и температурный режим. Роль эдафических факторов в эволюции природно-антропогенных геосистем чрезвычайно велика. В то же время, почва весьма уязвима перед проявлениями техногенеза (убывание плодородия, почвенная эрозия, загрязнение почв, деградация почв под асфальтовым покрытием улиц городов и пр.). Особое значение имеют факторы: солености (наличие водорастворимых соединений в почвах) и кислотности, определяемой наличием свободных и обменных ионов (Н, А1 и др.) в почве (показатель pH среды).

Химические факторы - экологические факторы, обусловленные химическим составом природной среды. Они объединяют газовый состав атмосферного воздуха, соленость поверхностных и подземных вод, кислотность почвенных растворов, засоленность почв легкорастворимыми солями (хлоридами, сульфатами, карбонатами) и пр. Обычно химические факторы влияния на среду обусловлены характером антропогенного воздействия в результате применения химических удобрений, пестицидов, детергентов, промышленных и хозяйственно-бытовых выбросов и пр.

Водный фактор является исключительно важным средообразующим компонентом географических систем. Важнейшими физическими и экологическими свойствами водной среды являются следующие:

1) подвижность водной массы, способствующая в результате постоянного перемещения воды, поддержанию относительной однородности физических и химических характеристик водной массы;

2) температурная стратификация, т.е. изменение термального режима воды по глубине водного объекта;

3) прозрачность воды, определяющая световой жим водной массы.

Важное значение для биотической среды природно-антропогенных систем имеет соленость воды, характеризующаяся содержанием в ней, в основном, карбонатов, хлоридов, сульфатов. Условия жизнедеятельности организмов зависят также от объема растворенного в водной массе кислорода и диоксида углерода, а также от кислотности водной среды (рН). Водная среда испытывает исключительно мощное антропогенное воздействие. В результате загрязнения воды, особенно сильно изменяются параметры прозрачности, мутности, химического состава водной массы.

Под биотическими экологическими факторами понимают совокупность влияния живых организмов на природную среду. Иными словами, это комплекс разнообразных взаимоотношений между животными, растение ми и микроорганизмами и средой обитания. Экологическое воздействие биотических факторов на геосистема может проявляться в форме поедания одних организме другими, конкурентных взаимоотношений, паразитизме болезней, воздействия организмов на объекты неживой природы (термиты), выделение фитонцидов растениями и т.д.

Взаимоотношения между живыми организмами чрезвычайно разнообразны. Они могут иметь форму прямого и косвенного воздействия. Прямое воздействие предлагает непосредственное влияние одного организма на другие; косвенное - проявляется через изменение организмом среды обитания и абиотических факторов, необходимых другим растениям или животным. Например, гибель леса, пораженного сибирским шелкопрядом, приводит к исчезновению лесного биотопа с характерной фауной.

Очень важная форма взаимодействия живых организмов - пищевые (трофические) связи. Каждая природно-антропогенная геосистема характеризуется определенным количеством и качеством первичного органического вещества. Плотность биомассы оказывает определяющее воздействие на взаимоотношения между растениями животными в геосистемах. В свою очередь, биологическая продуктивность природной среды находится пoсильным влиянием факторов антропогенного воздействия.

Антропогенные факторы - это факторы, обусловленные различными формами влияния деятельности человека на отдельные компоненты природной среды и геосистемы в целом. Они охватывают процессы, возникающие в ходе непосредственного воздействия человека на природную среду, или косвенно; обязанные своим происхождением техногенезу. По своей природе антропогенные факторы влияния на среду могут быть физическими, химическими, климатическими и биотическими, по времени действия - постоянными и периодическими, еле заметными и катастрофическими. Они бывают первичными или прямыми (истребление, акклиматизация животных, интродукция растений), вторичными или косвенными (вырубка лесов, осушение болот, распашка земель и т. д.).

Для количественной и качественной характеристик антропогенных факторов обычно используют понятие - антропогенная нагрузка. По своему содержанию эти факторы могут носить как позитивный, так и негативный характер. Антропогенные факторы обычно относят к побочным последствиям взаимоотношений общества с природной средой. Чаще всего они проявляются в виде случайных, разовых воздействий на компоненты природной среды и геосистемы, сопровождающих целенаправленную хозяйственную деятельность человека. Эти воздействия могут носить характер преднамеренного (планируемого, с ожидаемыми последствиями) и непреднамеренного (с неожиданными последствиями) воздействия на геосистемы. В связи с этим факторы антропогенного воздействия на окружающую среду слабо поддаются прогнозированию, их многообразные негативные проявления трудно предвидеть. Кроме того, антропогенные факторы очень часто проявляются в комплексе, обнаруживая эффект суммации. Интеграция факторов антропогенного воздействия затрудняет предвидение их многообразных последствий влияния на геосистемы. Это создает огромные (часто непреодолимые) трудности в управлении качеством окружающей среды. Известно несколько вариантов классификации антропогенных экологических факторов, разработанных разными авторами. И. П. Лаптев (1975 г.) предлагает классифицировать их на основе следующих признаков: по природе, времени происхождения и действия, по длительности антропогенного воздействия, способности аккумуляции в природе и миграции, по стойкости вызываемых ими изменений в природе и видам хозяйственной деятельности человека.

Классификацией антропогенных факторов воздействия на окружающую среду по признаку их происхождения (природы). П. Лаптев различает факторы:

1) механические;

2) физические;

3) химические;

4) биологические;

5) ландшафтные.

Механические: давление колесами и гусеницами машин, взвеси в воде и воздухе, течения, рубка леса, отлов животных, сбор дикорастущих растений, препятствия для движения рыб, вибрация, изъятие, переворачивание пласта почвы и т. д.

Физические: тепло, свет, электрополе, радиоволны, звуковые колебания, цвет, изменение влажности

Химические: химические элементы и соединение выбрасываемые в природную среду и аккумулирующиеся в геосистемах.

Биологические: воздействие интродуцированны организмов, антропогенный естественный отбор, искусств венный отбор в популяциях диких организмов, разведение, посадка лесов и пр.

Ландшафтные: искусственные реки и озера, антропогенный рельеф, рекультивированные участки, каналы искусственные леса, луга и т. д.

Рассмотренные природные и антропогенные экологические факторы окружающей среды проявляются, как правило, совместно, тесно переплетаясь между собой, что не позволяет предвидеть многообразные последствия их влияния на геосистемы. Основная задача изучения экологических факторов заключается в познании их с целью обеспечения стабильности геосистем. Стратегическая цель заключается в предотвращении экологической дестабилизации природной среды в режиме, обусловленном экологическими факторами. Например, предупреждение загрязнения атмосферного воздуха в условиях постоянного безветрия или устойчивых температурных инверсий региона г. Алматы. Пределом стремления к идеально организованной в экологическом плане системе является ноосфера (сфера разума), достижение которой в будущем возможно лишь на основе всеобщего экологического мышления населения.

2.2 Экологическая дестабилизация как результат воздействия на геосистемы различных экологических факторов

Ускорение темпов НТР - основная причина прогрессирующей деградации окружающей среды на Земле. Последствия индустриализации, урбанизации и загрязнения природной среды приводят к экологическим кризисам локального и регионального масштаба.

Сложная экологическая ситуация и в Казахстане. Например, в 1987 г. объём сточных вод, сброшенных в водоёмы Республики Казахстан превысил 8 км³. В них содержалось до 600 тыс.т. взвешенных веществ, в т.ч. 30 тыс.т. нефтепродуктов. На Тенгизском нефте-газо-конденсатном месторождении уровень загрязнения атмосферы сероводородом и сернистым ангидридом превысил допустимый в 7-10 раз.

В результате экологической катастрофы в регионе Аральского моря в 1990 г. площадь этого водоёма сократилась в 2 раза, а солёность возросла в 3 раза, по сравнению с 1960 г. В результате в Приаралье ежегодно на 1 га сельскохозяйственных земель выпадает до 520 кг. Различных солей. Содержание нитратов в воде р. Сырдарьи в районе г. Кызылорды превышает норму в 46 раз, в ней обнаружены возбудители дизентерии, брюшного тифа и других опасных инфекционных заболеваний.

Перечень подобных примеров, характеризующих крайне опасный уровень экологической дестабилизации природной среды Казахстана, можно продолжить. К ареалам экологического бедствия можно отнести обширные территории Приаралья и Прибалхашья, Рудный Алтай, Прикаспийскую низменность и многие другие природные регионы.

Причины экологической дестабилизации природной среды:

- ошибочная концепция развития народнохозяйственнного комплекса без учёта специфики местных природных условий;

- недостаточное развитие ресурсо- и средосберегающих технологий;

- хищническое использование природных ресурсов без учёта возможности их самовосстановления;

- неравномерное размещение промышленности и сверхконцентрация её в отдельных территориальных производственных комплексах (ТПК);

- ведомственность при размещении народнохозяйственных объектов, недопускающая гармоничного развития ТПК;

- недейственный правовой контроль за процессом экологической дестабилизации природной среды.

3. Экологически дестабилизированные природные среды

3.1 Критерии, определяющие толерантность человека

Организм человека испытывает влияние факторов окружающей среды, причем загрязнение воздуха, водоемов, почв и растений представляет большую опасность для здоровья. В деле создания благоприятных условий для жизни и здоровья населения определенную роль должны сыграть санитарно гигиенические нормативы и критерии. Так, для санитарной оценки степени загрязнения окружающей среды используют предельно допустимые концентрации (ПДК). Есть несколько видов ПДК.

Предельно допустимые концентрации загрязняющего вещества в воздухе рабочей зоны (ПДКр, мг/м³) - концентрация вредного вещества в воздухе, не вызывающая у человека при ежедневном вдыхании в течение 8 ч или при другой продолжительности (не более 41 ч в неделю) в течение рабочего стажа заболеваний, отклонений в состоянии здоровья.

Предельно допустимая среднесуточная концентрация загрязняющего (вредного) вещества в воздухе населенных мест (ПДКсс, мг/м³) - концентрация в воздухе населенных пунктов, не оказывающая на человека прямого или косвенного вредного влияния при неопределенно долгом круглосуточном вдыхании.

Предельно допустимая максимальная разовая концентрация загрязняющего (вредного) вещества в воздухе населенных мест (ПДК, р., мг/м³) - концентрация, не вызывающая рефлекторных реакций в организме человека.

Предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу (ПДВ, мг/м³) - максимально допустимые количества загрязняющих веществ, выделяемых источниками загрязнения в единицу времени, установленные с учетом, что они не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК для человека, растений и животных.

Предельно допустимые концентрации загрязняющего (вредного) вещества в воде водоемов (ПДК, мг/л) - концентрация химического вещества в воде, не оказывающая вредного воздействия на организм человека при различных видах употребления ее (для питья, приготовления пищи, гигиенических целей, для отдыха).

Биологические показатели (БПК и ХПК) дополнительно характеризуют воду как источник питья и среду обитания. БПК (биологическая потребность в кислороде) - количество кислорода, использованного в биохимических процессах окисления органических веществ, за исключением нитрификации, за 2, 5, 8, 10 и 20 сут, мг О₂ на 1 мг вещества. ХПК (химическая потребность в кислороде) - количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде, мг О₂ на 1 мг вещества.

Медиками-гигиенистами определены ПДК тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов, радионуклидов в почвах по показателям их вредности. Нормирование подразделяют на транслокационное (переход нормируемого элемента в растение), миграционное воздушное (переход в воздух), миграционное водное (переход в воду) и общесанитарное, гигиеническое (влияние на самоочищающую способность почв и почвенный микробиоценоз).

3.2 Адаптация человека к условиям экологически дестабилизированных геосистем

Современное состояние биосферы Земли во многих регионах характеризуется заметным и даже резким отклонением от средних нормативов экологического состояния. Можно утверждать то, что экологическая дестабилизация природной среды синхронизируется с темпами научно-технической революции, т.е. прямо соответствует интенсивности народно-хозяйственного прогресса.

Концепция экологически дестабилизированной природной среды отражает степень нерегламентированности воздействия современной цивилизации на окружающую среду. Ее основные признаки - аномально быстрое развитие процессов деструкции, формирование новых механизмов саморегуляции, неустойчивость условий места обитания. Высшим проявлением экологической дестабилизации природной среды является экологический кризис, который по своим масштабам может иметь глобальный, региональный и локальный характер.

Пределы выносливости живых организмов (читай - человеческого сообщества), зависят от совокупности и интенсивности проявления экологических факторов в конкретной природной системе. Способность живых организмов адаптироваться к отдельным экологическим факторам, или их комплексу получила название экологической валентности или пластичности. Это положение относится и к адаптации в условиях экологически дестабилизированной природной среды. В качестве примера можно назвать вынужденное приспособление населения в низовьях р. Сырдарьи к неуклонно возрастающему загрязнению воды этой реки, где в 1989 г. уровень содержания только нитратов превысил ПДК в 46 раз.

Пределы устойчивости организмов к экологическим факторам (в т.ч. человека к условиям загрязнения окружающей среды) принято именовать толерантностью организмов.

Адаптация человека к условиям окружающей средне во многом определяется так называемым «законом лимитирующего фактора» или «законом толерантности». Лимитирующими называются факторы, присутствующими как в избытке, так и в недостатке по отношению к оптимальным требованиям организма. Например, для ландшафтов солончаковых пустынь Казахстана характерна следующая геохимическая формула:



NaCl, SO_{4 ,}

где в числителе указаны дефицитные элементы, в знаменателе - избыточные, а за скобками - типоморфные элементы, присутствующие во всех химических соединениях данной геосистемы.

Лимитирующие экологические факторы, определяющие возможности адаптации человека к условиям экологически дестабилизированной окружающей среды, контролируются нормативами ПДК (предельно допустимых концентраций), как отдельных загрязнителей, так и их сочетания.

В обобщенном виде основные критерии, определяющие толерантность человека к условиям загрязнения природной среды (геосистемы) выражаются в следующих положениях:

- допустимой является такая концентрация загрязнителей, которая не оказывает прямого или косвенного воздействия на человека, не отражается на его работоспособности и жизнедеятельности;

- привыкание человека к вредным веществам, содержащимся в составе геосистемы, должно рассматриваться как неблагоприятный фактор, свидетельствующий о недопустимой концентрации загрязнителей;

- недопустимы такие концентрации загрязнителей, которые неблагоприятно влияют на ближайшее окружение человека: атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвы, биоту, создающих в совокупности бытовую среду жизни человека.

Человеческое сообщество испытывает непрерывный стресс в условиях экологически дестабилизированной природной среды. Неблагоприятное экологическое состояние природной среды оказывает весьма заметное воздействие на здоровье людей. Резкое ухудшение экологического качества природного окружения людей не всегда позволяет им адаптироваться к изменяющимся условиям природной среды. Отрицательное воздействие на здоровье людей оказывают химические, физические и биологические факторы природной среды. Можно выделить десятки и сотни загрязняющих веществ, которые отрицательно влияют на здоровье человека.

Влияние вредных веществ на организм людей проявляется по-разному. В некоторых случаях на здоровых людей может влиять только одно вещество, содержащемся в воде, воздухе, почве, растениях. Однако чаще всего отмечается комбинированное, комплексное воздействия загрязняющих природу веществ на организм человека. Это сильно затрудняет профилактику заболеваний, обусловленных экологическим состоянием окружающее среды. Следует постоянно помнить о том, что любое загрязнение чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды, выражающееся в отклонении от их нормальном состава, неблагоприятно влияет на самочувствие и состояние здоровья людей.

Находящиеся в атмосфере загрязнители оказывают раздражающее воздействие на органы зрения, обоняние, кожные покровы (аллергия, кашель). Другие форма воздействия вредных веществ связаны с поглощением их легкими и аккумуляцией в различных органах человека (бронхиальная астма). Выбросы бензпирена-3,4 в отработанных автомобильных газах и других промышленный токсикантов провоцируют онкологические заболевания. Комплексное взаимодействие между многочисленными загрязнителями окружающей среды способствует заболеваниям сердечно-сосудистой системы человека, катастрофические выбросы радиоактивных элементов вызывают многочисленные онкологические, иммунные, мутагенные заболевания населения (регион Семипалатинского ядерного полигона). Отвратительное качестве питьевой воды вызывает массовые заболевания органов желудочно-кишечного тракта (гепатит) населения Казахстанского Приаралья.

Систематическое отравление организма людей возникает при употреблении пищевых продуктов, выращенные на почвах, содержащих промышленные токсиканты, радионуклиды или избыточное количество минеральных удобрений и пестицидов. Этим объясняется все возрастающий интерес в мире к экологически чистым продуктам питания.

В условиях экологически дестабилизированной среды болеют не только люди, но и растения, животные, ветшают здания, промышленные и инженерные сооружения. Печальную геоэкологическую известность приобрели кислотные дожди. Особо отметим экологические последствия аварии на Чернобыльской АЭС, катастрофические, до конца не выясненные последствия имеют многолетние активные испытания ядерного оружия на Семипалатинском ядерном полигоне в Казахстане.

Сказанным, разумеется, не ограничивается перечень многочисленных проявлений крайне неблагоприятного воздействия загрязнения окружающей среды на организм человека. Отметим лишь, что сложное взаимодействие многочисленных загрязнителей атмосферного воздуха, воды, почвы вызывает в их среде неуправляемые физико-химические реакции. Это сильно затрудняет задачу выявления роли тех или иных загрязнителей в заболеваниях человека.

Таким образом, необходим тщательный контроль за состоянием природной среды, нормирование и предотвращение промышленных выбросов, разработка мероприятий по сохранению высокого экологического качества среды жизнедеятельности людей. Не подлежит сомнению, что само будущее человечества, его выживание тесно зависят от экологического состояния окружающей среды.

3.3 Техногенные аномалии по А. И. Перельману

...