Основы геоэкологии

К началу 90-х годов мировое производство ТМ составляло более 36 млн. т в год. По приблизительной оценке, к концу XX века в мире накоплено (в млн. т): меди - 300, цинка - 200, хрома - 70, свинца - 20, никеля - 3,5, кадмия - 0,6, ртути - 0,5. Природа никогда прежде не знала такого груза ТМ на поверхности Земли, в экосфере. ТМ попадают в атмосферу с эмиссиями предприятий энергетики, промышленности и транспорта - в виде аэрозолей, пыли и копоти, в составе растворов и суспензий промышленных стоков, с твердыми промышленными отходами, а также с минеральными красителями, бытовой техникой и другими товарами.

Предельно допустимые суточные дозы (ПДД_с) различных ТМ, поступающих в организм человека с водой или пищей, колеблются в широких пределах - от 0,1 мкг (ртуть) до 5 мг (цинк). Сопоставление ПДД_с с массой ТМ, находящихся в окружающей среде, и простой расчет показывают, что эти вещества заключают в себе потенциал многократного отравления всего человечества.

С середины нашего столетия для уничтожения вредных (с точки зрения человека) организмов начали широко применять синтетические органические соединения - пестициды. В зависимости от объекта назначения их подразделяют на инсектициды (убивают насекомых), гербициды (уничтожают нежелательную растительность), фунгициды (уничтожают болезнетворные виды грибов). Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для других групп организмов, в том числе и для людей. Т.е. все они являются биоцидами - веществами, угрожающими различным формам живого. Никакие организмы не обладают соответствующими механизмами детоксикации, даже сравнительно малотоксичные пестициды не подвергаются ферментативному разложению. Все пестициды являются ксенобиотиками - чужеродными по отношению к биосфере, искусственно синтезированными веществами, участие которых в биогенном круговороте «не предусмотрено конструкцией», и поэтому ущерб от них может быть непредсказуем.

В 1938 г. был рекомендован к применению сильный инсектицид - дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ), обладающий широким спектром действия и устойчивый в окружающей среде. Достоинства ДДТ казались столь выдающимися, что его создатель - швейцарский химик П. Мюллер - получил за свое открытие Нобелевскую премию. Сегодня в мире применяется около 6000 наименований пестицидов, а их производство достигло 1,2 млн. т в год.

Однако выяснилось, что применение пестицидов вызывает целый ряд проблем:

приспосабливаемость и развитие устойчивости вредителей к применяемым препаратам;

восстановление и вторичные вспышки численности вредителей, повышение их агрессивности;

рост затрат на применение в возрастающих дозах все новых и более дорогих пестицидов;

отрицательное воздействие на природную среду и здоровье человека.

В результате загрязнения биосферы гибнут целые популяции полезных насекомых, рыб, птиц и других животных. По данным ВОЗ, отравлению пестицидами каждый год подвергается в мире до 2 млн. человек и умирает от него до 40 тыс. человек.

Новая стратегия защиты сельскохозяйственных культур должна исходить не из идеи уничтожения неугодных нам форм жизни, а из идеи сосуществования с ними, контроля численности агрессивных биологических видов, что предполагает сохранение биоразнообразия, более широкое применение биологических методов борьбы с вредителями.

9.2 Почвы. Классификация и состояние

Почвы - это природные органо-минеральные образования, возникшие в результате длительного взаимодействия живых организмов и субстрата (определенного типа горных пород - гранитов, известняков, базальтов, глин, песков, сланцев и т.д.), разложения живых организмов, влияния природных вод и атмосферного воздуха. Характеризуются плодородием (способностью обеспечивать растения веществами, необходимыми для их жизнедеятельности, а также накопленными водой и воздухом).

Самые плодородные и мощные почвы - черноземы, формировавшиеся тысячелетиями в зонах луговых степей, где был благоприятный климат (теплое лето, 500-600 мм осадков в год) для развития богатой травяной растительности.

Севернее, где больше влаги, но не достаточно тепло, в лесной зоне сформировались темно-серые, серые и светло-серые почвы (подзолистые, дерново-подзолистые и болотные) и торфяники.

Южнее, где больше тепла, чем в степной зоне, но значительно меньше влаги, растительность бедная, почвообразование осуществляется слабее. Здесь, в сухих степях, полупустынях и пустынях преобладают бурые, серо-бурые и каштановые почвы, сероземы, солонцы и солончаки. Всего в Украине 650 видов разных почв.

Важным компонентом почвы является перегной (гумус) - органическое вещество, образующееся из остатков растений под влиянием микроорганизмов, питающихся углеводами, белками, жирами. Лигнином, пектином, сахарами и др. веществами (они разлагают их на глюкозу, аминокислоты, глицерин, хиноны и полифенолы).

С помощью ферментов они синтезируют гумус (почвенный перегной), СО₂ и воду, аммиак, окислы азота и другие вещества.

Почвообразование является важной составной частью биологического круговорота веществ и энергии. Почва обеспечивает растительные организмы калием и углеродом, а также азотом и фосфором, входящими в состав белка.

Плодородие зависит от количества азота в перегное, перегноя в почве и мощности почвы. Лучшие черноземы содержат 10-15 % гумуса (перегноя).

Значение почв:

Являются основным источником получения продуктов питания.

Играют активную роль в очистке сточных вод, которые через них фильтруются (почва - универсальный фильтр и нейтрализатор всех антропогенных загрязнений).

Почвенно-растительный покров планеты является регулятором водного баланса суши (поглощает, удерживает и перераспределяет огромное количество атмосферной влаги).

Как сказано в одном из последних докладов ООН о состоянии земельных ресурсов мира, дальнейшее существование нашей цивилизации поставлено под угрозу вследствие широкомасштабного уничтожения плодородных земель.

Одна из актуальных задач - охрана и рациональное использование земельных ресурсов (пахотных земель, пастбищ, сенокосов, рекреационных зон).

Общая площадь пахотных земель суши около 1,5 млрд. га (10-11 % площади суши), пастбищ и сенокосов - около 3 млрд. га (20 % площади суши). На каждого жителя планеты приходится в среднем лишь 0,4 га пахотной земли.

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

Недра - это верхняя часть земной коры, в которой добывают полезные ископаемые. Исключительно важное значение полезных ископаемых в развитии человеческого общества отражено в названиях длительных исторических периодов: «каменный», «бронзовый», «железный». В настоящее время использование полезных ископаемых достигло максимума и темпы эксплуатации их запасов продолжают возрастать.

Большинство полезных ископаемых относится к невозобновимым природным ресурсам, и их запас уменьшается по мере использования. По прогнозам ученых, в начале XXI в. человечество исчерпает пятую часть железных руд, половину запасов никеля и кобальта, большую часть запасов свинца, цинка, вольфрама. В настоящее время многие богатые месторождения с высоким содержанием металлов в рудах уже отработаны и используют бедные месторождения. Например, сейчас считается рациональной разработка медных руд с содержанием меди менее 1 % - в 10 раз ниже, чем в первой половине XIX в. Создаются новые технологии извлечения металла, обогащения и переработки руд. Следовательно, одной из важнейших задач охраны недр является бережное расходование минеральных и энергетических ресурсов.

Рисунок 7 - Возрастание мировой добычи полезных ископаемых

Потери при разработке полезных ископаемых достигают огромных размеров. Так, при мировой добыче ежегодно теряется меди 600 тыс. т, свинца - 300, цинка - 500. Отдача нефтеносных слоев в 1975 г. не превышала 30 %, к концу столетия она достигла почти 40 %.

При современных технологиях добычи и переработки только 1-5 % от всего объема извлекаемых полезных ископаемых реализуется в виде чистой продукции, а остальное является отходами. Поэтому важнейшим направлением в рациональном использовании и охране недр является совершенствование методов добычи, транспортировки и переработки полезных ископаемых.

Добывая полезные ископаемые шахтным и открытым методом, человек иногда полностью преобразует природные ландшафты. Сейчас открытым способом в мире добывают до 70 % минерального сырья. В районах открытых горных разработок обычными становятся безжизненные рукотворные, «лунные» ландшафты. Такие рукотворные каньоны, «лунные долины», характерны для Курской магнитной аномалии, Криворожского бассейна, Черемховского угольного месторождения.

Охрана недр включает в себя максимально полное использование разрабатываемых месторождений, что позволяет не начинать разработку новых. Полнота выработки служит характеристикой рациональности работы добывающего предприятия.

Преимущество отдается открытым способам добычи полезных ископаемых, при которых месторождения разрабатываются с более высоким КПД. Наиболее полной выработке месторождений способствует использование сопутствующих компонентов. Так, рационально одновременно с железом добывать сопутствующие ему титан, ванадий, молибден, кобальт, вместе с медью - кадмий, селен, галлий, вместе с нефтью - иод, бром, серу. Применяемая ранее добыча только одного металла на месторождении полиметаллических руд считается сейчас нерациональной.

Большое значение в сохранении месторождений полезных ископаемых имеет использование в промышленности вторичного сырья. Так, существенное увеличение производства металлов может быть достигнуто благодаря сбору и использованию металлолома. Общая масса изделий из металла, которые сейчас находятся в обращении, составляет 6 млрд т. Многие изделия сравнительно быстро изымаются из обращения из-за технического износа и морального старения. Подсчитано, что 20-25 % металла, заключенного в них, может сравнительно быстро вновь использоваться в производстве, а еще 40-45 % - через более долгий срок. Общие запасы потенциального металлолома таковы, что могут долгое время полностью удовлетворять промышленность в сырье. При этом 1 т чугунного или стального лома может сберечь 3,5 т минерального сырья, 2 т железной руды, 1 т кокса и 0,5 т известняка.

Одним из путей сохранения полезных ископаемых служит использование попутных энергетических ресурсов. Например, мало используется тепло, образующееся при сжигании топлива на цементных заводах, в мартеновских печах. Оно в этих производствах теряется и рассеивается вместе с отходящим паром.

Экономия ископаемых энергетических ресурсов возможна также при переходе на использование альтернативных источников энергии - геотермальных вод, энергии солнца, ветра и морских приливов.

Важное значение имеет замена редкого минерального сырья синтетическими материалами. Металлы во многих случаях успешно заменяют пластмассами.

11. Водные ресурсы и их рациональное использование

Вода - самое распространенное на Земле вещество. Водная оболочка, гидросфера, содержит 1,4 млрд км³ воды, из них воды суши составляют только 90 млн км³.

Моря и океаны занимают 71 % поверхности земного шара, поэтому существует представление о неисчерпаемости водных запасов. Однако соленые воды морей и океанов используются людьми очень мало, а получение пресной воды за счет атмосферных осадков и ледников локально и ограничено.

В последнее время возник острый дефицит пресной воды, хотя общее ее количество огромно. Больше всего пресной воды расходуют на орошение. При этом получают высокие устойчивые урожаи, поэтому расход воды на орошение будет увеличиваться. По прогнозам, использование воды на орошение к 2000 г. достигнет 37 % всех ресурсов пресных вод, или около 7000 км³ в год.

Рисунок 8 - Увеличение годового расхода воды

Потребление воды увеличивается с ростом народонаселения и все возрастающей его концентрацией в городах и промышленных центрах. Уже сейчас около трети населения Земли испытывает недостаток в чистой пресной воде. Это касается почти всех крупных городов.

Недостаток воды стал особенно ощутим в связи с увеличением ее расходования на нужды промышленности. Так, для выплавки 1 т чугуна и перевода его в сталь и прокат требуется 300 м³ воды, 1 т никеля - 4000 м³, 1 т синтетического каучука - 3600 м³, 1 т капрона - 5600 м³.

Все в больших количествах вода идет на разбавление отходов. К 2000 г. на эти цели будет расходоваться более 34 % общегодовой потребности человечества в пресной воде.

Возросший дефицит пресной воды связан с загрязнением водоемов промышленными и бытовыми стоками. Особенно сильно загрязняют поверхностные воды отходы целлюлозно-бумажных, химических, металлургических, нефтеперерабатывающих предприятий, текстильных фабрик и сельского хозяйства.

К наиболее распространенным загрязнителям относятся нефть и нефтепродукты. Они покрывают поверхность воды тонкой пленкой толщиной 10-⁴ см², препятствуют нормальному газо- и влагообмену между водой и воздухом. Это вызывает гибель водных и околоводных организмов. Если пятно небольшое (до десятка квадратных метров), то оно исчезает с поверхности воды в течение 24 часов, образуя эмульсии. Тяжелые фракции нефти оседают на дно.

Рисунок 9 - Схема процессов распределения и разрушения нефти, разлитой в море

Сильно загрязняют водоемы поверхностно-активные вещества (ПАВ), в том числе синтетические моющие средства (СМС), широко применяемые в быту и промышленности. Присутствие СМС в воде придает ей неприятный вкус и запах. В загрязненных реках с быстрым течением образуется пена. Концентрация СМС в воде в 1 мг/л вызывает гибель микроскопических планктонных организмов, 3 мг/л - гибель дафний и циклопов, 5 мг/л - заморы рыбы. СМС замедляют естественное самоочищение водоемов, действуя угнетающе на многие биохимические процессы.

Важную роль в ухудшении качества пресной воды играет эвтрофикация водоемов (от греч. «эутрофис» - хорошее питание). Снос биогенных веществ в водоемы в естественных условиях происходит очень медленно - в течение тысячелетий. Человек вносит на поля удобрения, и во время дождей, паводков они сносятся в водоемы. Быстрое накопление органических веществ, азотных и фосфорных удобрений в водоемах приводит к обильному размножению плавающих сине-зеленых водорослей. Вода мутнеет, в ней начинается разложение органических веществ, ухудшается снабжение воды кислородом, гибнут ракообразные и рыбы, вода приобретает неприятный вкус.

Опасными загрязнителями водоемов служат соли тяжелых металлов - свинца, железа, меди, ртути. Их поступление связано с промышленными предприятиями, расположенными на берегах водоемов. Иногда концентрация ионов этих металлов в теле рыб в десятки и сотни раз превышает исходную их концентрацию в водоеме.

Рисунок 10 - Накопление тяжелых металлов по цепям питания в пресноводном биоценозе: 1 - скопа; 2, 10 - щука; 3 - гнездо скопы; 4, 5 - ондатра; 6, 11 - окунь; 7, 16 - бактерии и фитопланктон; 8, 12 - плотва; 9 - речной рак; 14 - мотыль; 15 - зоопланктон

Одна из важнейших причин уменьшения запасов пресных вод связана с сокращением водоносности рек. Она вызвана вырубкой лесов, распашкой пойм и осушением болот. За счет этого резко увеличивается поверхностный сток и понижается уровень грунтовых вод. Быстрое таяние снега весной, выпадение обильных дождей в этих условиях вызывает катастрофические половодья, а летом реки мелеют и иногда пересыхают полностью.

Важнейшая мера по охране водных ресурсов - бережное их расходование. Сейчас при орошении полей около 25 % воды теряется на фильтрацию и испарение. Надежная гидроизоляция дна и стенок каналов позволяет снизить непроизводительный расход воды и препятствует засолению почвы в засушливых районах. При использовании дождевальных установок расходуется в 5-6 раз меньше воды, чем при обычном поливе. Другой способ экономного расходования воды для полива - подведение воды непосредственно к корневой системе плодовых деревьев при помощи капельниц. Это позволяет избежать излишнего испарения и строго дозировать поступление воды к растениям.

Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнений - это создание безотходного производства, когда отходы одной ступени производственного цикла используются как сырье для другой. Однако в настоящее время не существует универсальной бессточной системы, пригодной для различных отраслей народного хозяйства.

Рисунок 11 - Схема безотходного производственного цикла воды: 1 - дозатор; 2 - фильтровальная и насосная станции; 3 - градирни для охлаждения воды; 4 - станция очистки сточных вод; 5 - станция биохимической очистки; 6 - отстойники

Наибольшее распространение получила очистка сточных вод. Современные методы очистки позволяют удалить различные примеси из сточных вод на 95-96 %. Часто этого бывает недостаточно, но для дальнейшей очистки воды необходимо строить более дорогие очистные сооружения, что экономически невыгодно. Так как сточные воды многих предприятий сложно, дорого, а иногда невозможно очистить до такой степени, чтобы они стали безвредными для растений, животных и человека, их очищают частично и используют в замкнутых оборотных системах. За последние годы такие системы внедрены на нескольких нефтехимических, металлургических, целлюлозно-бумажных предприятиях.

В зависимости от степени и характера загрязнения применяют механические, химические и биологические методы очистки сточных вод.

Механическими методами удаляют грубые дисперсные примеси с помощью решеток, сит, фильтров, отстойников, нефтеловушек. Этими методами удаляют нерастворимые примеси из бытовых стоков - до 60 %, из промышленных - до 95 %.

Химическая очистка - это добавление в сточные воды реагентов, способствующих образованию осадков из коллоидных и некоторых истинных растворов.

Биологическая очистка в естественных условиях происходит на специальных полях орошения или полях фильтрации. Здесь создается сеть магистральных и распределительных каналов и карт (площадок) шириной 20 м и длиной 100-150 м, окруженных земляными валами. Карты периодически заполняют сточными водами. Под воздействием солнечного света, воздуха, микроорганизмов они очищаются и просачиваются в грунт. На поверхности карт образуется перегной. Через несколько лет после прекращения слива сточных вод поля фильтрации используют для выращивания трав, кормовых культур или овощей, которые можно употреблять в пищу после термической обработки.

Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях производится в специальных сооружениях - биофильтрах и аэротенках. Биофильтр представляет собой сооружение из кирпича или бетона, внутреннее его помещение заполнено прочным пористым материалом: шлаком, гравием, щебнем, керамзитом. На эти пористые материалы нанесена пленка микроорганизмов (бактерий, простейших и др.), которые в процессе жизнедеятельности поедают и разлагают органические вещества, очищая от них воду. В биофильтр периодически подаются сточные воды и воздух, идущий на процессы окисления. В аэротенках поступающим воздухом в сточных водах перемешивается активный ил, который состоит из сообществ аэробных микроорганизмов - минерализаторов органического вещества. Во вторичных отстойниках происходит отделение бактериальной пленки от чистой воды. В таких биофильтрах и аэротенках устраняется более 90 % загрязнений органическими веществами.

Бытовые сточные воды могут содержать патогенные микроорганизмы, поэтому их обеззараживают жидким хлором или хлорной известью.

Работа очистных сооружений и установок на предприятиях контролируется законом об охране окружающей среды.

12. Охрана животного мира и растительности

Число видов организмов, населяющих Землю, очень велико, но оценки этой величины сильно отличаются, варьируя от 5 до 80 млн. Однако более или менее четкая таксономическая принадлежность установлена для 1,4 млн. видов. Из этого известного числа видов примерно 750 тыс.- это насекомые, 41 тыс. - позвоночные животные, 250 тыс. - растения. Остальные виды представлены сложным набором беспозвоночных животных, грибов водорослей и других микроорганизмов.

Видовое «богатство» различных климато-географических зон сильно отличается, хотя четко прослеживается тенденция увеличения от полюсов к экватору.

Биоразнообразие является основой жизни на Земле, одним из важнейших жизненных ресурсов. Биологические ресурсы являются также значительным источником сырья для промышленности, в том числе медицинской, это тот фактор, от которого зависит национальная экономика.

В последнее время человечество осознало полезность диких видов растений и животных. Они не только содействуют развитию сельского хозяйства, но и полезны для окружающей среды, являясь обязательным компонентом - биотической составляющей - природных экосистем. Биоразнообразие считают главным фактором, определяющим устойчивость биогеохимических циклов вещества и энергии в биосфере.

Биоразнообразие рассматривается на трех уровнях: генетическом, видовом и экосистемном.

Эксплуатация биоресурсов Земли не ограничивается сельским хозяйством. За его рамками оказывается масштабное изъятие человеком значительной части ресурсов, контролируемых биосферой: вырубка лесов, сбор их продукции, промысел рыбы, морепродуктов, зверей и птиц, нарушение и уничтожение природных биоценозов, уменьшение биологического разнообразия.

Одно из наиболее серьезных проявлений давления техносферы на биосферу - обеднение природных экосистем, уменьшение биологического разнообразия. Здесь следует подчеркнуть, что биоразнообразие является не только условием существования биосферы, но и может рассматриваться как важный ресурс техносферы.

Однако из нескольких миллионов биологических видов в поле зрения людей, занятых изучением или хозяйственным использованием организмов, попадает едва лишь сотая часть. В то же время из-за деградации природной среды, загрязнения, разрушения биоценозов биосфера ежегодно теряет 10-15 тысяч биологических видов, преимущественно низших форм.

Особенно невосполнима утрата редких эндемических видов растений, насекомых, рыб и других животных, как это происходит в районах со своеобразной флорой и фауной. Считается, что под угрозой исчезновения сейчас находится более 10 тыс. видов, в основном высших растений, позвоночных животных и некоторых групп насекомых.

Человек своей деятельностью оказывает огромное влияние на растительность, как положительное, так и отрицательное. Как объект охраны растительность можно разделить на водную, почвенную, подземную и надземную. Трудно сегодня сказать - сколько на планете исчезло растений, которых создать заново уже невозможно. Однако много фактов свидетельствует об исчезновении около 30 тыс. видов растений.

Лес входит в состав разнообразного растительного мира и представляет особую ценность. Лес оказывает влияние на все компоненты биосферы, играет огромную средообразующую роль.

В результате деятельности человека на огромных площадях дикие растения заменяются культурными, т. е. человек в своих интересах постоянно преобразует окружающий мир растений.

Для рационального использования все леса подразделены на три группы.

Леса первой группы не эксплуатируются, в них проводятся только рубки в санитарных целях, омоложения, ухода, осветления и т. д. Во второй группе режим рубок ограниченный, эксплуатация в размере прироста леса. Леса третьей группы имеют промышленный режим рубки. Они являются основной базой заготовки древесины. Кроме хозяйственной классификации, леса различают и по их назначению и профилю - промышленные, водоохранные, полезащитные, курортные, придорожные и т. д.

Одно из тревожных явлений последних лет - усыхание лесов: новый вид разрушений, ведущий к нарушению всех внутриэкосистемных связей и к гибели лесной экосистемы.

Основными задачами охраны леса являются иррациональное использование и восстановление. Все большее значение приобретают мероприятия по охране леса малолесистых районов в связи с их водоохранной, почвозащитной, санитарно-оздоровительной ролью. Особое внимание должно уделяться охране горных лесов, так как они выполняют важные водорегулирующие почвозащитные функции.

Международный союз охраны природы и ее ресурсов (МСОП) при поддержке Программы ООН по окружающей среде (HNEP) и содействии Всемирного фонда охраны дикой природы (WWE) разработал Всемирную стратегию охраны природы. Цель, которой способствовать скорейшему и полнейшему достижению удовлетворительной охраны живых природных ресурсов, от которых зависит выживание и благосостояние человечества на Земле.

Разрабатывается четыре вида мер, направленных на сохранение и устойчивое использование биоразнообразия:

1) Защита особой среды обитания - создания национальных парков, биосферных заповедников и других охранных зон;

2) Защита отдельных видов или групп организмов от чрезмерной эксплуатации;

3) Сохранение видов в виде генофонда в ботанических садах или в банках генов;

4) Сокращение загрязнения окружающей среды.

Важным средством сохранения биоразнообразия является разработка международных национальных программ и конвенций, направленных на осуществление этих мер.

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

В конце XX в. наиболее широкое распространение получило следующее определение ландшафта.

Ландшафт - это имеющий естественные границы участок зеленой поверхности, в пределах которого все природные компоненты (горные породы, рельеф, воды, почвы, растительный и животный мир) образуют взаимосвязанное и исторически взаимообусловленное единство.

Антропогенный ландшафт - один из генетических типов географического ландшафта, образовавшегося в результате целенаправленной деятельности человека или в ходе непреднамеренного изменения природного ландшафта. Ландшафтно-техногенные и инженерные системы.

Считают, что человек, существующий как вид 2 млн. лет, стал ландшафтообразующим фактором 40-38 тыс. лет назад. Верхнепалеолитический человек (40-10 тыс. лет назад) при охоте прибегал к палу и положил начало антропогенного безлесья на территории современных разнотравных степей. Первыми собственно антропогенными ландшафтами можно считать места стоянок людей. В результате своей деятельности они изменяли растительный и животный мир прилегающей территории.

3-10 тыс. лет назад в неолите и бронзе в семиаридных и аридных районах субтропиков и тропиков возникло земледелие и вместе с ним возникли практически все виды и типы антропогенного ландшафта, которые известны сейчас. Полевые и садовые ландшафты возникли 10 тыс. лет назад в Междуречье, Египте и прилегающих районах. Здесь были окультурены пшеница, ячмень, рожь, виноград, груша, черешня, алыча. Аналогичные антропогенные ландшафты возникали в других очагах древнего земледелия: Средиземноморье, Эфиопии, Средней Азии, Китае, Мексике и Перу. Но здесь сложился свой набор сельскохозяйственных культур и свои приемы ведения сельского хозяйства, что несомненно отложило отпечаток на особенности формирования сельскохозяйственных ландшафтов. В частности существенно отличалось устройство ирригационных систем которые получили широкое распространение около 4 тыс. лет назад (Мургабское междуречье). Еще раньше возникли пастбищные ландшафты.

В центральной Европе в неолите преобладали лугово-пастбищные ландшафты и появлялись первые полевые.

Города возникли в Междуречье 6-5 тыс. лет назад. Изготовление орудий труда и строительство городов привели к появлению первых горнорудных ландшафтов, карьеров, отвалов, шахт.

Таким образом, основные типы антропогенных ландшафтов появились давно, но долговечность их различна.

По долговечности можно выделить три группы ландшафтов:

1) Долговременные саморегулируемые ландшафты. Они могут существовать очень долго без вмешательства человека для их поддержанию. Раз возникнув, они в дальнейшем развиваются как естественные в соответствии с природными закономерностями, т.е. обладают высокой степенью саморегуляции. Это известняково-карстовые пустоши Средиземноморья, болотные мари Дальнего Востока.

2) Многолетние частично регулируемые ландшафты. Они существуют длительное время, но периодически нуждаются во вмешательстве человека. Это пруды (их нужно чистить), пойменные и суходольные луга (они требуют сенокошения и выпаса скота для уничтожения кустарников), лесополосы (им необходимы рубки ухода).

3) Кратковременные регулируемые ландшафты. Их существование необходимо постоянно поддерживать вмешательством человека. Это прежде всего полевые ландшафты.

К антропогенным ландшафтам относится большинство современных ландшафтов Земли, существует много их разновидностей, создано много вариантов классификаций, построенных на основе учёта степени антропогенной изменённости природного ландшафта, генезиса, целей использования, хозяйственной ценности, длительности существования и степени регулируемости и др.

Например, А. Г. Исаченко (1965 г.) намечает четыре группы ландшафтов по степени изменения их хозяйственной деятельностью:

1) условно изменённые, или первобытные;

2) слабо изменённые;

3) нарушенные (сильно изменённые);

4) собственно культурные, или рационально преобразованные, ландшафты.

Функционирование ландшафтов последней группы «должно постоянно регулироваться человеком в соответствии с заранее разработанным планом».

Сельскохозяйственные ландшафты - древнейший вид природно-антропогенных ландшафтов. Они возникли в результате неолитической революции. В ландшафтоведении со времен Докучаева большое внимание уделялось их изучению. Сформировалось агроландшафтное направление.

Принципиальные отличия земледельческих агроландшафтов от природных ландшафтов:

1) антропогенное искажение всей энергетики агрогеосистемы. Нарушены естественные трофические связи, закон пирамиды энергии. До 90 % продукции изымается, потери восполняются за счет внесения удобрений. При зеленой революции энергетические затраты растут все равно быстрее урожайности. Закон снижения энергетической эффективности сельскохозяйственного природопользования - на каждую дополнительную единицу сельскохозяйственной продукции необходимы все возрастающие затраты антропогенной энергии;

2) агроландшафт земледельческого типа представляет собой сукцессионно очень молодое образование. Поэтому меньше его устойчивость, хотя и больше биологическая продуктивность, чем у климаксовой геосистемы (закон сукцессионного омоложения). Растительные сообщества представлены однолетними растениями, экологически ненадежными, но весьма продуктивными. Агроценоз - созданное с целью получения сельскохозяйственной продукции и регулярно поддерживаемое человеком растительное сообщество, обладающее малой экологической надежностью, но высокой продуктивностью;

3) агроландшафты нуждаются в постоянной антропогенной регуляции, управлении, основанном на оптимальном сотворчестве человека и природы.

Сельскохозяйственные ландшафты самые распространенные из антропогенных комплексов. Они занимают 32 % от всей суши Земли. Ф. Н. Мильков выделяет 4 подкласса этих ландшафтов.

Полевой подкласс. Его характерные черты - перепашка почвенного слоя, внесение удобрений, выращивание агрофитоценозов. Наибольшие изменения под влиянием полевых культур испытывают почвы. Это изъятие или привнос минеральных и органических соединений. Распашка почв коренным образом преобразует круговорот воды, усиливая поверхностный сток. Водная и ветровая эрозия приводит к разрушению почвенного слоя. Для каждого полевого урочища характерен свой микроклимат, например, ячменное поле теплее и суше люцернового (т.к. оно ночью покрывается росой). Очень многие ландшафты подвергаются орошению.

Садовый подкласс. Это сады из яблонь, груш, винограда, персиков, абрикосов, цитрусовых и других древесных растений. Особая разновидность - виноградники. Внешне сады ближе к лесным ландшафтам, однако низкий уровень саморегуляции и потребность в высокой агротехнике определяют принадлежность садов к сельскохозяйственным ландшафтам. Садовые культуры требовательны к теплу и влаге. Их нет на севере.

Лугово-пастбищный подкласс. Занимает обширные пространства земли. В СНГ 1/6 часть занята этим классом. Современное состояние лугов и пастбищ как ландшафтов зависит от характера и интенсивности хозяйственного использования. Важную роль в жизни лугов играет сенокошение. Оно способствует прогреву и просушиванию почвы, препятствует сорнякам. Еще больше воздействует на луга и пастбища неумеренная пастьба скота. Происходит уплотнение почвы и ее иссушение, обедняется растительный покров, отсюда ветровая и водная эрозия, развитие многих вредителей. Такие изменения в ландшафте знатоком степей Высоцким названы пасквальной дигрессией. Она состоит из 5 стадий:

1) недостаточного выпаса (олуговения);

2) умеренного выпаса (ковыльная);

3) угасания ковылей (типчаковая);

4) тонконогового сбоя (практически степь лишена ковылей и типчака);

5) выгона (отсутствие растительности).

Неумеренная пастьба способствует смещению на север пустынь и полупустынь.

Смешанный садово-полевой подкласс. Эти ландшафты преобладают в тропических странах, когда среди посевов полевых и огородных культур разбросаны одиночные плодовые деревья. Деревья могут быть посажены человеком или представлять остатки вырубленного естественного леса. В нашей стране к этому типу близки некоторые приусадебные участки.

Лесохозяйственные ландшафты. Лесистость суши составляет 27 %, в доагрикультурную эпоху она достигала 70 %. Все леса бывшего СССР подразделяются на три группы государственного значения:

1) 15 % - леса заповедников и национальных парков, почвозащитные и водоохранные леса, санитарно-экологические леса густонаселенных районов, леса рекреационных зон. Разрешены только рубки ухода и санитарные рубки. Леса этой группы представляют собой экологическую инфраструктуру, их функция - природоохранная.

2) 7 % - леса хозяйственно освоенных территорий, включая бассейны главных рек Европейской части бывшего СССР. Это густонаселенные и сельскохозяйственные районы. Лесное хозяйство ориентировано на сохранение и улучшение лесов. Допустимы выборочные рубки пород, достигших зрелости.

3) 78 % - леса промышленного значения, леса главного пользования - Север европейской части России, Сибирь, Дальний Восток. В этих лесах разрешаются сплошные промышленные рубки. Функция таких лесов - ресурсовоспроизводящая.

Среди лесных антропогенных ландшафтов различают условно естественные, вторичные или производные и лесокультурные.

Условно естественные лесные ландшафты - леса того же самого типа, что и до вырубки, возобновляющиеся стихийно. Они широко распространены и отличаются длительностью существования.

Вторичные, или производные, лесные ландшафты возникают, когда гари и вырубки коренных пород (ель, сосна, пихта) захватываются активно ведущими себя березой, осиной, ольхой. Они недолговечны.

Лесокультурные ландшафты - леса, искусственно насаженные человеком. Особенно в густонаселенных районах. Сюда входят и полезащитные лесные полосы.

Селитебные городские ландшафты. В настоящее время около 50 % населения земного шара проживает в городах, причем доля городского населения постоянно увеличивается. Городские ландшафты, занимающие не более 4 % площади суши, становятся главной, преимущественной средой обитания человека.

Большинство городов располагается в экотонных ландшафтно-географических позициях. Особенно это характерно для древних городов. Типы положения городов:

1) Города, расположенные в речных долинах и на примыкающих частях междуречий - Киев, Москва, Париж;

2) Приморские города, часто расположены в устьях рек - Санкт-Петербург, Астрахань, Одесса;

3) Межгорно-котловинные и горно-долинные города - Тбилиси. Кабул, Мехико;

4) Подгорные города - Алма-Ата, Ашхабад, Владикавказ.

В современных крупных городах существенно трансформируется тепловой баланс. Городские ландшафты обычно являются «островами тепла», температура на 1-2 °С теплее, чем в смежных районах. Это связано с тепловым загрязнением и особенностями поверхности городских ландшафтов.

Городской архитектурный рельеф определенным образом влияет на скорость и направление ветра. В целом скорость ветра падает в 1,5-2 раза, однако вдоль крупных магистралей, особенно если их направление совпадает с направлением господствующих ветров, дуют сильные «коридорные ветры»

Из-за большой шероховатости поверхности городского ландшафта и обилия ядер конденсации в городах повышено количество атмосферных осадков (на 20-30 мм в год).

Особую опасность представляет загрязнение воздушного бассейна города выбросами промышленных, энергетических и транспортных систем. Помимо опасных химических соединений, воздух загрязнен опасными патогенными микроорганизмами. Основные источники биологического загрязнения - канализация, свалки, отстойники, поля орошения.

В городах очень важна проблема кислородного обеспечения. Кислород вырабатывается зелеными насаждениями, потребляется при работе транспорта и дыхании людей. Москву от кислородного голодания спасает атмосферная циркуляция - западный перенос. В более тяжелых условиях оказываются города, орографически изолированные - Новокузнецк.

Территориальная дифференциация городского ландшафта определяется как природными, так и антропогенными факторами. Город должен обеспечивать жилье, работу, образование, отдых, лечение, коммуникации для своих жителей. В соответствии с этими требованиями в городском ландшафте выделяются функциональные зоны:

селитебная;

административно-культурная;

промышленная;

коммунально-складская;

транспортная;

рекреационная;

лечебно-оздоровительная.

Перечисленные функциональные зоны городского ландшафта нередко сложно переплетаются.

Промышленные ландшафты связаны с добычей полезных ископаемых. С каждым годом в мире все больше добывается нефти, угля, железной руды, газа, других полезных ископаемых. Наиболее глубокое и зримое воздействие на ландшафты оказывает разработка полезных ископаемых открытым способом. Возникают карьеры глубиной 300-500 м в районе добычи железных руд КМА, добычи угля открытым способом. Все это приводит к формированию провальных воронок, обрушениям, оседаниям откосов карьеров, дренажам грунтовых вод.

Карьерно-отвальные комплексы после их эксплуатации должны пройти рекультивацию - искусственное восстановление нарушенных горными выработками земель. Сюда входит выравнивание поверхности отвалов, облесение территории и превращение ее в зону отдыха.

Водные антропогенные ландшафты. В состав этого типа ландшафтов входят водохранилища, пруды, каналы. От озер своих естественных аналогов водохранилища отличаются рядом свойств. Высокая амплитуда уровня, связанная с хозяйственной эксплуатацией. Более интенсивный, чем в озерах, водообмен, и, наконец, наблюдается закономерное падение глубин от плотины вверх по затопленной реке, чего нет в озерах. Самое крупное водохранилище в России Братское построено в 1967 году.

Прудов насчитывается примерно в сто раз больше, чем водохранилищ - 150 тысяч. Пруд представляет собой сложное урочище, главными структурными частями которого являются плотина, приплотинное центральное глубоководье, прибрежное мелководье. Пруды используются для местных бытовых нужд, водопоя скота, орошения, а также как места для отдыха.

Каналами человек исправляет рисунок естественной гидросети, соединяя с помощью их реки, озера, океаны. Кроме судоходства они используются как оросительные. У нас в стране находятся такие известные каналы, как Беломоро-Балтийский, канал им. Москвы, Волго-Донской и др.

Линейно-дорожные ландшафты в последнее время все более увеличивают свою площадь. К ним относят автодороги, которые служат источниками загрязнения атмосферы, способствуют эрозии, уплотнению грунта, шума и прочее.

Строительство железных дорог приводит к изменению рельефа, потока поверхностных и грунтовых вод, привносу тяжелых металлов.

Нефтепроводы и газопроводы также изменяют облик территории.

Линейно-дорожные ландшафты практически всегда входят в состав других типов антропогенных ландшафтов.

Рекреационные ландшафты - это экологически благополучные территории, представляющие собой благоприятные природные объекты, которые используются населением для отдыха, восстановления сил и здоровья.

Беллигеративные ландшафты многие считают ландшафтами без будущего. Самые древние их типы - это урочища земляных оборонительных валов. Они есть в основном в европейской части России. Многие компоненты природного ландшафта преобразовываются или уничтожаются боевыми действиями.

14. Охраняемые природные территории. Классификация и категории ОПТ

Впервые общество по охране природы в Казахстане было организовано в 1958 г. под названием «Друзья лесов и садов», которое в 1962 г. преобразовано в «Общество по охране природы Республики Казахстан». 16 июня 1962 г. был издан Указ «Об охране природы Казахстана». 18 июня 1991 года - вышел Закон «Об охране окружающей природной среды в Казахской ССР». В 1991 г, в Республике образован Государственный комитет по экологии и использованию природных ресурсов. В 1997 г. вышел новый Закон «Об охране окружающей среды».

Рисунок 12 - Виды особо охраняемых природных территорий Республики Казахстан

Режим охраны природных территорий может быть заповедным, заказным, комбинированным. По степени строгости заповедного режима различают следующие категории: заповедники, заповедники биосферные, заказники, национальные и природные парки, резерваты, памятники природы, памятники всемирного наследия и др.

Заповедники - особо охраняемые территории (и акватории), полностью исключены из хозяйственной деятельности ради сохранения в нетронутом виде природных комплексов (эталонов природы), охраны редких и исчезающих видов растений и животных. Заповедники расположены в различных природных зонах. В настоящее время в Казахстане 10 действующих (Коргальджинский, Алакольский, Западно-Алтайский, Маркакольский, Наурзумский, Барсакельмес, Устюртский, Аксу-Джабаглы, Алматинский, Каратауский) и 18 перспективных заповедников (Ерментауский, Тургайский, Сыитасский, Алматинский (биосферный), Прибалхашский (биосферный). Прикаспийский (биосферный), Зайсанский, Тарбагатайский, Бетпакдалинский (комплескный), Урдинский (биосферный), Миргородский (биосферный), Бетпакдалинский (комплексный), Центрально-Азиатский (комплексный), «Красные борки», Жабайушканский, Жанажолский, Каратауский (комплексный), Сырдарьинский).

Заповедники биосферные - охраняемые, наиболее характерные, эталонные участки биосферы в различных географических зонах Земли. Всемирная система биосферных заповедников начала создаваться в 1973 г. в рамках Международной научной программы ЮНЕСКО «Человек и биосфера». Такие заповедники имеют «ядро» - абсолютно охраняемую территорию, вокруг которой находится «буферная» зона - охраняемая, на которой частично ограничивается хозяйственная деятельность, далее расположена зона обычного, но строго рационального хозяйственного использования территории. Биосферный заповедники - это охраняемые территории, на которых защита природы сочетается с фундаментальными научными исследованиями в области окружающей среды.

Природные национальные парки - одна из новых форм охраны и использования природных экосистем. Национальные парки - это относительно большие природные территории и акватории, где обеспечивается выполнение трех основных целей: экологической (поддержание экологического баланса и сохранение природных экосистем), рекреационной (регулируемый туризм и отдых людей) и научный (разработка и внедрение методов сохранения природного комплекса в условиях массового допуска посетителей). В национальных парках есть и зоны хозяйственного использования.

В настоящее время в Казахстане 8 действующих Государственных Национальных природных парков (Алтын-Эмель, Иле-Алатау, Баянаульский, Кокшетауский, Бурабай, Каракаралинский, Катон-Карагайский, Чарынский); перспективных 6 (Джунгарский региональный, Ерментауский, Тургайский, Алматинский, Прибалхашский (зоологический), Илийская дельта (зоологический), Каройский (зоологический), Верхнее-Коксуйский (зоологический), Куканский (зоологический)

Заказники - участки территории или акватории, на которых в течение ряда лет или постоянно в определенные сезоны или круглогодично запрещены отдельные виды и формы хозяйственной деятельности человека для обеспечения охраны одного или нескольких ценных объектов живой природы или живописных видов ландшафта. Система заказников широко используется в охотничьем хозяйстве и служит средством увеличения численности охотничье-промысловых животных. В настоящее время в Казахстане 66 действующих и 58 перспективных заказников.

Резерват - природная охраняемая территория с заповедным или заказным режимом. Резерваты занимают малую территорию и бывают различного назначения (комплексные, лесные, зоологические, ботанические, болотные и т.п.). Так, в африканском резервате Пгороиго (Танзания) охраняются многие виды редких животных (черный носорог, бегемот, леопард, пятнистая гиена, газели Томсона и Гранта, буйвол и др.)

Памятник всемирного наследия - в 1972 г. ЮНЕСКО приняла Конвенцию о Всемирном наследии, учредив фонд, средства которого используются в целях охраны памятников мировой культуры и важных природных достопримечательностей. К ним относятся памятники культуры, уникальные природные территории или объекты национального значения. В Список Всемирного наследия включено 337 природных и культурных объектов, например, Иеллоустонский парк, резерват Нгоронгоро (Танзания), Галапагосские острова. Большой барьерный риф (Австралия), Национальный парк Серенгети (Танзания); Великая Китайская стена. Акрополь в Афинах (Греция), пирамиды в районе Гиза - Дахшур (Египет), Мамонтова пещера и Большой Каньон (США), Беловежский национальный парк (Польша) и др.

Природный памятник - это редко встречающиеся исчезающие, выветривающиеся, разрушающиеся ценные природные объекты, представляющие научный, исторический и культурный интерес. Например, всем известны жетысуские кораллы; чинтуринские ельники; «Гусиный перелет» Павлодара; на правом берегу Ертыса крупное в мире палеонтологическое захоронение костей ископаемых фауны в отложениях песка и глины и др.

Заказник - часть природного комплекса или только растительность и животный мир. Из 62 заказников: 42 зоологических, 18 - ботанических, 1 - геоботанический, 1 - геологический.

15. Экономические и эколого-хозяйственные аспекты охраны природы

15.1 Экономическая оценка стоимости мероприятий направленных на поддержание оптимального состояния геосистем

В истории формирования природоохранной концепции можно выделить несколько последовательных этапов: видовая и заповедная охрана природы - поресурсная охрана - охрана природы - рациональное использование природных ресурсов - охрана среды обитания человека - охрана окружающей среды. Соответственно расширялось и углублялось само понятие природоохранной деятельности.

Охрана природы - совокупность государственных и общественных мероприятий, направленных на сохранение атмосферы, растительности и животного мира, почв, вод и земных недр.

Охрана окружающей среды - новая форма во взаимодействии человека и природы, рожденная в современных условиях, она представляет 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 среды тесно связана с природопользованием - одним из разделов прикладной экологии.

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

Из этого закона следует другой основополагающий принцип охраны природы и среды жизни: «экологичное - экономично», т. е. чем рачительнее подход к природным ресурсам и среде обитания, тем меньше требуется энергетических и других затрат. Воспроизводство природно-ресурсного потенциала и усилия на его воплощение должны быть сопоставимы с экономическими результатами эксплуатации природы.

На рубеже II и III тысячелетий н.э. в мышлении человека и его практической деятельности происходит смена парадигмы. Экономические приоритеты, господствовавшие всю историю развития цивилизации вплоть до середины XX века, постепенно заменяются экологическими.

Экономические интересы общества направлены на достижение максимальной экономической эффективности от использования природных ресурсов. Этого можно добиться в том случае, если из затрат полностью исключить средства на природоохранную деятельность. Именно на поиск оптимального сочетания экономических и экологических интересов общества нацелена молодая наука экономика природопользования.

Эффективность (в общем смысле) - отношение полезного действия (эффекта) к затраченным усилиям.

Эффективность природопользования - эколого-социально-экономическая результативность использования природных ресурсов и эксплуатации природной среды. При этом следует рассматривать не отдельные формы природопользования, которые в некоторых случаях могут быть псевдоубыточными (например, создание заповедников), а их комплекс, проводя соответствующее моделирование и расчеты.

Эффективность природоохранных мероприятий - эколого-социально-экономическая результативность проведения тех или иных природоохранных мероприятий.

Эффективность природоохранных мероприятий рассчитывается по формуле:



Эпом = У / З,

где Эпом - эффективность природоохранных мероприятий; У - сумма уменьшений ущербов; З - годовые затраты на осуществление природоохранных мероприятий.

Расчет экономического эффекта природоохранных мероприятий основывается на сопоставлении затрат на их осуществление с экономическим результатом, достигнутым благодаря этим мероприятиям. Этот результат выражается величиной ликвидированного или предотвращенного экономического ущерба от нарушения или потерь ресурса.

Превышение экономического результата над затратами на его достижение свидетельствует об экономической эффективности природоохранного мероприятия. Разность между результатом и затратами характеризует экономический эффект.

Экономический эффект от природоохранных мероприятий может быть определен как общий - по приросту чистой продукции при стоимости природного ресурса (согласно его экономической оценке), а также как хозрасчетный - по приросту прибыли предприятия или снижению себестоимости продукции.

Временной типовой методикой рекомендуются формулы для определения эффекта по отдельным видам повышения качества промышленной продукции, рыбного и сельского хозяйства, увеличения продуктивности сельскохозяйственных угодий, эффекта от потерь сырья, топлива, денных компонентов с твердыми отходами, неочищенными сточными водами, отходящими газами, от мероприятий по предотвращению гибели или снижения продуктивности лесных насаждений.

...