Основные экологические проблемы современности

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСЩЕГО И СРЕДНОГО

СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

АНДИЖАНСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ИНСТУТУТ

ФАКУЛЬТЕТ "ЭКОНОМИКА"

КАФЕДРА "ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯ И ЭКОЛОГИЯ"

КУРС ЛЕКЦИЙ

по "Экология"

АНДИЖАН - 2005

Данный курс лекции предназначен студентам 1-курса по направлениям "Эксплуатация и ремонт транспортных средств" и "Технология продукции текстильной промышленности ", а также студентам обучающихся по экономическим направлениям.

Составители: доц.А.Хатамов асс.К.Захирова

Рецензенты: доц. кафедры "Экономической теории и ПО" Анд ИЭИ Г. Бозорова

к.э.н., ст.преп. кафедры "Экономической географии и экологии" Анд ИЭИ И. Сулайманов

Данные тексты лекций обсуждены и одобрены на заседании Научно-методического Совета Анд ИЭИ 29 апрель 2005 года, рекомендованы к использованию и разрешено к тиражированию решением № 7.

Введение

Демократизация всех сторон нашей жизни меняет и отношение человека к природе, ставит его экологические интересы наравне с экономическими, утверждает и развивает в нем подлинное чувства ответственности за состоянием окружающей среды.

Современный специалист должен обладать экологическим мышлением уметь принимать правильные решение с учетом их экологических последствий. Повышению экологической грамотности будет способствовать изучение курса "Экология" в текстах лекции особое внимание уделяется:

-современным проблемам экологии и путям их решения в настоящее время;

-организации управления охраны окружающей среды;

-описываются принципы экологического механизма рационального природопользования;

-альтернативные варианты решения экологических проблем, с соответствующей переработкой и приближением их к региональным условиям Центральной Азии и Узбекистана, поскольку выпускники института будут работать в пределах данного региона.

В данном пособии использованы материалы из произведений президента республики Узбекистан И.А.Каримова, материалы интернета и периодической печати, новые статические данные, что соответствует методическим требованиям. Данные тексты лекций направлены на формирование и развитие навыков, у студентов грамотно применять на практике полученные теоретические знания в решении экологических проблем и рационального использования ресурсного потенциала территории нашей страны.

Курс лекций призван создать теоретический фундамент для решения экологических проблем.

В соответствии с учебными планами студентам первого курса по направлениям "Финансы" и "Бухгалтерского учета и аудит" курс лекций по предмету "Экология", рассчитаны на 36 часов учебного времени (18 часов лекции, 18 часов практических занятий). Для углубленного изучения данного предмета рекомендуем студентом самостоятельно изучать учебники и пособия по данному курсу.

1. Цели и задачи предмета "Экология". Основные экологические проблемы современности

1.1 Экология как наука, её подразделы и связи. Задачи экологии в условиях и НТР

Термин «экология» и его определение впервые были введены в 1866г. немецким биологом Эрнстом Геккелем (1834-1919). Под экологией он понимал взаимосвязь организмов и среды. Слово «экология» образовано от греческого «ойкос», что означает «дом». Поэтому в некоторых работах можно встретить термин-синоним «ойкология». В буквальном смысле слова Экология- наука об организмах «у себя дома». В более строгом смысле Экология - это наука об отношениях организмов или групп организмов к окружающей их среде или наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Если находить из определения экологии, то она рассматривает Землю как дом, в котором мы живём. Что мы делаем для своего дома? В первых, чтобы он был, надёжным не разрушился, чтобы его стены и крыша спасали нас от всякого рода непогод. Во вторых, в доме должен быть уют, он должен обеспечить хороший отдых после самой изматывающей работы. А ещё что? А ещё каждый из нас старается свой дом улучшить, а не превращать его в проходной двор или склад старья.

Если принять параллель, что Земля- это такой же дом, как и ваш особняк, дача или квартира, то каждому становится понятнее не только значение термина «экология» но и основные задачи этой науки.

Экология-это биологическая дисциплина. Потому, что в системе «организмы среда» определяющим компонентам являются организмы, как наиболее сложная составляющая системы.

Для организмов важна «погода» среды, в то время как «у природы нет плохой погоды». Тем не менее, ухудшение среды обитания бумерангам бьет, по организмам среда не воспринимает своего ухудшения, ухудшение воспринимается только организмами. Поэтому экология базируется на таких дисциплинах, как физиология, генетика, биофизика, эволюционная биология.

С другой стороны, то, что мы понимаем под компонентом «среда» является объектом изучения геологии, геохимии, гидрологии, географии и других наук о Земле.

Следовательно экологию можно рассматривать как науку, возникшую на стыке биологии и наук о Земле однако практические задачи экологии и охраны природы решаются преимущественно инженерными и химик- технологическими методами (обработка отходов, очистка бытовых и промышленных стоков, использование нетрадиционных источников энергии и т.д.). поэтому экология тесно связана с техническими и технологическими дисциплинами. Основные взаимосвязи экологии с другими науками можно показать схематически.

Основные подразделения экологии.

Общая экология - закономерности взаимосвязей и взаимодействия организмов и их сообществ со средой обитания;

Социальная экология-взаимодействие человека и среды, здесь выступают законы социального, экономического и политического характера; региональная экология - её можно подразделить экология городов, экология сельского хозяйства, экология промышленности. Иногда эти подразделения объединяют в специальную экологию (или прикладную) наконец - глобальная экология - изучает биосферу в целом, т.е. самую крупную экологическую систему охватывающую весь земной шар. Одна из главных задач современной глобальной экологии заключается в изучении антропогенных изменений природной среды, а также обоснование методов её сохранения и улучшения в интересах человечества.

В стадии становления находятся такие отрасли и направления как космическая экология, экология клетки микроорганизмов.

1.2 Окружающая среда как объект познания. Классификация природных ресурсов

Окружающая природная среда в научном отношении-сложный объект познания. Рассмотрим её в двух аспектах: естественнонаучном и эколого-экономическом. С естественнонаучной точки зрения в её составе различаются такие объекты, как биосфера, гидросфера, атмосфера и литосфера.

Биосфера (от греч. bio- жизнь и sphaira-шар)- оболочка земли, населённая живыми организмами. Создателем теории биосферы является академик В. И. Вернадский. По его теории, верхняя и нижняя границы биосферы определяются сферами земной среды, пригодной для существования живых организмов (растений, животных, бактерий, вирусов). Верхней границей биосферы служит нижняя граница слоя озона в атмосфере, проходящая в среднем на высоте 25км от поверхности Земли. Слой озона не пропускает основную часть ультрафиолетового излучения Солнца, действующего губительно на живые организмы. Нижняя граница биосферы проходит на глубине 3-3,5км от поверхности земной коры.

Наиболее густые скопления живого вещества В. И. Вернадский назвал плёнками жизни. На суше - это почва, растительный покров Земли, его животный мир. В Мировом океане - планктонный приповерхностный слой.

Живое вещество состоит преимущественно из кислорода (70%), углерода (18%) и водорода (10,5%). На другие элементы (кальций, азот, калий, фосфор, сера, магний и т.д.) приходится 1,5%. Живое вещество постоянно пропускает через себя огромные массы воды, горных пород, газов.

Под гидросферой (от греч. hydor-вода, sphaira-шар) понимается водная оболочка земли, которая включает моря и океаны (Мировой океан), воды суши, водяной пар атмосферы, подземные воды и льды. Из природных вод на долю Мирового океана приходится 96,53% её мировых запасов.

Гидросфера - единая система, в которой все воды земли взаимосвязаны и находятся в больших постоянных и малых, быстрых и медленных круговоротах. Полное обновление вод происходит по-разному: подземные возобновляются за многие тысячи и даже миллионы лет, Мирового океана - за 3 тысячи лет, озёр - за 300 дней, рек - за 12 дней, водяной пар атмосферы - за 9 дней.

Атмосфера (от греч. athmos-пар, sphaira- шар)- газообразная внешняя оболочка Земли. С удалением от Земли сила притяжения к ней уменьшается, более разреженным становится воздух. Верхнюю границу атмосферы условно проводят на высоте 2000 км. Атмосфера имеет слоистое строение. 4/5 всей её массы сосредоточено в наиболее плотном слое- тропосфере (16-18км над экватором и 8-10км над полюсами).

Выше тропосферы, в зависимости от распределения температуры, давления и плотности воздуха, последовательно расположены стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера .

Литосфера (от греч. lithos- камень, sphaira- шар)- твёрдая оболочка Земли. Обычно литосферой называют земную кору. Верхняя граница литосферы - атмосфера и гидросфера, нижняя - мантия, которая соприкасается с ядром Земли. Мощность земной коры 30-70км под континентами и 5-20км под океанами. Она состоит из осадочных горных пород.

В эколого-экономическом аспекте окружающая природная среда классифицируется с учётом рациональности природопользования. Выделяют два основных класса - природные условия жизни общества и природные (естественные) ресурсы.

Природные условия - это тела и силы природы, её качества, которые на данном уровне развития производительных сил определяют жизнедеятельность общества, хотя непосредственно и не участвуют в деятельности людей.

Под природными (естественными) ресурсами понимают тела и силы природы, которые используются или могут быть использованы людьми. Категория «природные ресурсы» в первую очередь указывает на непосредственную связь природы с хозяйственной деятельностью человека.

В ресурсном аспекте природа рассматривается в большей степени с учётом интересов материального производства. Вместе с тем рациональное использование, восстановление и охрана природных ресурсов, являющихся составными элементами экосистем или определённым образом влияющих на их состояние, - это проблема не только экономическая, но и экологическая, которая непосредственно может и не затрагивать интересы материального производства. В нашей стране находятся под угрозой уничтожения 16: видов растений, одна треть видов рептилий и амфибий. В таком же положении каждый десятый вид птиц и пятый млекопитающих.

Для правильного использования и охраны природных ресурсов большое значение имеет их классификация. Природные ресурсы делят на исчерпаемте и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы подразделяют на невозобновимые и возобновимые.

К невозобновимым природным ресурсам относят те из них, которые абсолютно не восстанавливаются или восстанавливаются в сотни тысяч раз медленнее, чем идёт их использование.

Охрана невозобновимых природных ресурсов сводится к рациональному, экономному использованию, борьбе с потерями при добывании, перевозке, обработке и применении, а также к поиску заменителей.

К возобновимым природным ресурсам принадлежат почва, растительность, животный мир, а также некоторые минеральные ресурсы, например: соли, осаждающиеся в озёрах и морских лагунах.

Охрана возобновимых природных ресурсов должна осуществляться путём рационального их использования и расширенного воспроизводства. При этом главное - обеспечить постоянную возможность их восстановления. Тогда эти ресурсы могут служить человеку практически бесконечно.

Неисчерпаемые природные ресурсы включают ресурсы водные, климатические и космические.

Водные ресурсы на нашей планете очень велики. Вода находится во всех возможных для неё состояниях.

Климатические ресурсы включают атмосферный воздух, энергию ветра. Атмосферные осадки могут быть отнесены как к водным, так и к климатическим ресурсам.

К космическим ресурсам относят солнечную радиацию, энергию морских приливов. Сами по себе эти ресурсы неисчерпаемы.

Схема природных ресурсов

Природные ресурсы Земли

Неисчерпаемые

Исчерпаемте

Солнечная энергия

Энергия морских приливов и волн

Энергия ветра

Энергия земных недр

Атмосферный воздух

Вода

Возобновляемые

Невозобновляемые

Животный мир

Растительный мир

Плодородие почв

Пространство обитания

Полезные ископаемые

Как с точки зрения экологии, так и экономики важна классификация природных ресурсов по признаку принадлежности последних к тому или иному элементу природы. Данную классификацию называют природной. На её основе выделяют такие группы ресурсов, как минеральные (ископаемые), земельные, водные, растительные и животные. В практической деятельности природная классификация является наиболее распространенной. Сточки зрения эффективности общественного производства большой интерес представляет экономическая классификация природных ресурсов. Она базируется на экономической оценке природных ресурсов.

Теоретический и практический смысл имеет народнохозяйственная классификация природных ресурсов. Суть её состоит в том, что природные ресурсы, находясь в тех или иных экономических условиях, имеют разное народнохозяйственной классификации.

1.3 Обострение взаимоотношений между природой и обществом, а также охрана окружающей среды от загрязнения и аспекты охраны природы

Развитие промышленности потребовало вовлечения в хозяйственный оборот новых самых разнообразных природных ресурсов. Помимо расширения масштабов использования земель, лесов, животного мира, началась интенсивная эксплуатация ископаемых недр, водных ресурсов и т. д. Стихийная, хищническая и все возрастающая по своим темпам и масштабам эксплуатация природы приводила к её быстрому истощению.

Помимо истощения природных ресурсов, развитие промышленности создало новую проблему-проблему загрязнения окружающей среды. Оказались сильно загрязнёнными преимущественно промышленными отходами и выхлопными газами автомашин атмосферный воздух, водоёмы, почва. Эти загрязнения не только крайне отрицательно сказались на плодородии почв, растительности и животном мире, но и стали представлять существенную опасность для здоровья людей.

Воздействие человека на природу достигло наибольшей силы за последнее время, в период высоких темпов роста всех видов материального производства и научно-технического прогресса.

В биосферу внесены вредные отходы промышленности, пестициды, избыток химических удобрений, радиоактивные вещества, перегретые воды электростанций и другие отходы хозяйственной деятельности человеческого общества. По своему составу (многие синтетические материалы) и общему объёму эти отходы не могут быть естественным путём переработаны и войты в дальнейший круговорот веществ. Они становятся источником загрязнения биосферы, препятствуя самовосстановлению природных условий и возобновлению некоторых ресурсов.

В целом вносимые человеком изменения в природу приобрели настолько крупные масштабы, что в отдельных регионах Земли они превратились в серьёзную угрозу нарушения существующего в природе относительного равновесия и в препятствие для дальнейшего развития производительных сил.

В разные времена понятие «охрана природы» имело различный смысл. Термин впервые получил широкое распространение после 1-го Международного съезда по охране природы, проходившего в 1913 г. в Швейцарии.

В настоящее время под «охраной природы» принято понимать систему международных, государственных и общественных мероприятий, направленных на рациональное использование, воспроизводство и охрану природных ресурсов, на защиту природной среды от загрязнения и разрушения в интересах удовлетворения материальных и культурных потребностей как существующих, так и будущих поколений людей.

Иначе говоря, охрана природы - это практическое осуществление системы разработанных мероприятий по оптимизации взаимоотношений человеческого общества и природы.

Наука об охране природы выявляет, анализирует и оценивает результаты взаимодействия природы и общества, разрабатывает теоретические принципы использования природных ресурсов и защиты окружающей среды.

Проблема охраны природы стала одной из важнейших естественнонаучных и социально-экономических проблем современности, от правильного решения которой в значительной мере зависит благополучие существования человечества.

Можно выделить следующие аспекты охраны природы: экономический, оздоровительно-гигиенический, воспитательный, эстетический и научно-познавательный.

Экономический аспект - важнейший мотив охраны природы не только в прошлом, но и в настоящее время. Важность этого аспекта определяется той огромной ролью, которую играют природные ресурсы в экономике людей. Остро стоит вопрос об охране растительных и животных ресурсов, плодородия почв, пресных вод, климата, ископаемых недр и т.д.

Оздоровительно-гигиенический аспект охраны природы возник сравнительно недавно в связи с усиливающимся загрязнением среды. Чистая, незагрязнённая природа положительно действует на организм человека и широко используется в лечебных целях.

Воспитательный аспект в охране природы трудно переоценить. Общение с природой положительно влияет на человека, делает его добрее, мягче, будит в нём лучшие чувства.

Эстетический аспект охраны природы имеет в виду поддержание такого природного комплекса, который мог бы удовлетворить эстетические потребности человека. Эти потребности не менее важны, чем другие.

Научно- познавательный аспект охраны природы имеет в виду сохранить все виды организмов, типичные участки природы и её отдельные произведения, что совершенно необходимо для изучения природы в её развитии, более детального исследования объектов в будущем. Чем полнее сохранится природа в её естественном многообразии, тем легче выяснять закономерности вносимых человеком изменений, делать прогнозы и разрабатывать практические меры по охране природы.

Конечная цель охраны природы заключается в обеспечении благоприятных условий для существования человека, развития хозяйства, науки и культуры всех народов, населяющих нашу планету. Важнейшей предпосылкой для достижения этой цели является широкое природоохранное просвещение населения, начиная с дошкольного возраста.

2. Экологические факторы и их влияние на живой организм

2.1 Классификация экологических факторов среды

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном и меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания, сильно различающиеся по специфике условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последствии живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.

Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы разделяются на абиотические, биотические и атропогенные.

Абиотические факторы - температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности - все это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы - это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других видов - растений, животных, микроорганизмов, зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Окружающий органический мир - составная часть среды каждого живого существа.

Взаимные связи организмов - основа существования биоценозов и популяций; рассмотрение их относится к области синэкологии.

Антропогенные факторы - это форма деятельности человеческого общества, которая приводит к изменению природы, как среды обитания других видов или непосредственно сказывается на их жизнь. В ходе истории человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта сильно изменило природу нашей планеты. Значение автогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете следует выделять в особую силу, не укладывающуюся в рамки этой классификации. В настоящее время практически вся судьба живого покрова Земли и всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.

Интенсивная хозяйственная деятельность человека без учета возможностей природы и закономерностей ее развития привела, как отмечено в одной из работ Римского клуба «Путь в XXI век», к возникновению всех коллизий на Земле: эрозии почв, обезлесения, перелова рыбы, кислотных дождей, загрязнения атмосферы, нарушению озонного слоя и т.д. По оценкам специалистов к 2000 году площадь лесов будет составлять лишь 1/6 часть суши, тогда как в 50-х годах они занимали ј часть. Катастрофически загрязняются воды Мирового океана, резко снижается его репродуктивность. Ускоренные процессы урбанизации привели к тому, что основные городские агломерации стали крупнейшими очагами загрязнения, увеличилось число кислотных дождей, содержащих двуокись серы и окись азота. Как следствие, в мире растет число всевозможных заболеваний, вызванных ухудшением экологической среды.

Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи с временем суток или сезоном года, или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярными, без четкой периодичности, например, изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера - бури, ливни, обвалы и т. п.; 3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. п.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т. е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

2.2 Экологические процессы

Под экологическими процессами следует понимать все взаимодействия внутри экосистем (биогеоценозов), а также между отдельными системами и в биосфере в целом (включая формирование этой сферы на стыке лито-, атмо- и гидросферы).

При формировании понятийной базы экологии, особенно в области взаимоотношения природы и общества, необходимо учитывать категории двух типов: один из них ориентирован на природу, её сохранение, на улучшение природной среды, другой ориентирован на хозяйство или население. В первом случае используется атрибутный термин «экологический». При этом социально-экологические категории касаются взаимоотношения между природой и населением, а производственно-экологические - взаимоотношений между природой и хозяйством. Во втором случае применимы атрибуты «ресурсный» или «рекреационный».

При взаимодействии общества (хозяйства, населения) и природы (окружающей человека среды) протекают экологические процессы. Некоторые из них охарактеризованы ниже.

В качестве наиболее общего термина для всех процессов, обозначающих ухудшение среды обитания или окружающей человека среды, предложен термин детериорация (построен на основе латинского корня слова «ухудшение»). Данный термин впервые употреблен известным американским экологом Б.Коммонером в 1972 году. Употребляемый в настоящее время термин «загрязнение окружающей среды» (окружающей что?) точно характеризует лишь часть происходящих процессов.

Интоксикация - все виды загрязнения среды, вызывающие деградацию живых организмов, в том числе и такие, которые воздействуют на организм человека.

Контаминация - перезагрузка экосистемы химически безвредными, но неразрушимыми телами антропогенного происхождения (пластмассовыми, стеклянными и прочими отходами).

Пейоризация - нарушение эстетики среды обитания с отрицательным воздействием на психику людей.

Деструкция - физическое нарушение экосистем производственной деятельностью человека.

Эрозия антропогенная - разрушение экосистем под воздействием природных факторов активизируемых в результате деструктивной деятельности человека.

Разобщение - такая изоляция элементов единой экосистемы, которая приводит к разрыву связей между этими элементами.

Процесс, обратный детериоризации, в зарубежной литературе получил наименование консервации. Однако этот термин ориентирует не совсем точно. Более точными, на наш взгляд, являются такие термины как восстановление, сохранение, оздоровление. Если раньше им обозначили только мероприятия по улучшению земель, то в настоящее время - все мероприятия по улучшению окружающей нас среды.

2.3 Экологические законы

Неоднократно отмечалось, что экология изучает отношения, существующие как внутри экосистем, так и между ними. К категории отношений относится особая группа объективно существующих и устойчивых отношений (взаимосвязей), определяющих, функционирование и развитие материального мира, именуемая закономерностями. Некоторые закономерности, отвечающие качеству существенности, называют законами.

Все законы и закономерности характеризуются наличием причинно-следственных связей, при этом причина и следствие часто могут меняться местами. Другая особенность законов и закономерностей - их автономность, т.е. относительная независимость друг от друга. Ни один закон не «отменяет» другой, если для последнего сохранены условия и механизм его проявления. Так социальные закономерности развития человечества не «отменяют» действия законов биологических, а последние - более общих законов материального мира, например, закона всемирного тяготения. Однако автономность законов и закономерностей не исключает их взаимодействия между собой. Именно это «стыковая» область является в настоящее время одним из важнейших объектов научных исследований.

Основным законом функционирования природы В.Г.Нестеров (1981) считает закон биоэкоса. При этом под биоэкосом понимается сочетание требований живого с возможностями условий среды.

В.Г.Нестеров отмечает, что закон биоэкоса не задан какой-либо посторонней силой. Этот закон выражает способность живой составляющей использовать положительную часть притока внешних воздействий для своего существования и нейтрализовать отрицательные их формы.

В принципе экологические знания, как и закон биоэкоса, могут быть сведены к набору весьма простых и понятных каждому человеку правил и понятий, как это сделал, например, Б.Коммонер (1974). Весьма часто цитируются четыре его «закона»: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3)природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром.

Однако для выработки экологического реализма эти «законы» должны быть расшифрованы на основе взаимосвязанных теоретических знаний и подкреплены конкретным фактическим материалом. Так, расшифровка первого «закона» состоит в понимании того, что в природе не существует изолированных друг от друга явлений и что любая деятельность человека отражается на окружающей его природной среде.

Это нашло воплощение в экологическом законе внутреннего динамического равновесия. Этот закон формулируется следующим образом (Реймерс, 1990): вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает перемены в этих системах и иерархии. Однако общая сумма вещественных, энергетических, информационных и динамических качеств систем и их иерархий при этом сохраняется эмпирическим следствием этого закона, является возникновением при любых изменениях среды природных цепных реакций (в частности, экологических процессов), ведущих в сторону нейтрализации произведенного изменения (аналог принципа Ле Шателье) или же формированию новых природных систем. Это же следствие относится и к энергетике природопользования: чем больше отклонение от экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для ослабления противодействия природных систем этому отклонению.

Природная цепная реакция, в свою очередь, понимается как цепь явлений, каждое из которых влечет за собой изменений связанных с ним других явлений. Например, исчезновение насекомых - опылителей делает невозможным плодоношение растений, что исключает возможность появления новых их видов (размножающихся семенами), приводит к исчезновению видов животных, питающихся их фитомассой, плодами и семенами, а также паразитов этих животных и т.д.

Взаимодействия в природных системах и их иерархии отнюдь не равноценны количественно. Поэтому слабые изменения одного показателя могут вызвать сильные изменения других показателей. Крупные перемены, проходя по иерархии от локальной экосистемы к биосферы, меняют глобальные процессы в целом и переводят их на более высокий качественный уровень. В этом состоит сущность закона необратимости эволюции (закон Л. Долло), который формируется как невозможность организма (вида, популяции ) или их иерархии (организованной соподчиненности) вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду предков.

Второй «закон» Б. Коммонера означает, что любая природная система может развиваться только за счет использования материальных, энергетических и информационных возможностей среды за счет их притока и оттока. Отсюда следует, что абсолютно безотходное производство невозможно (это было бы равномерным «perpetuum mobile»), в лучшем случае можно рассчитывать на малоотходное производство. Вообще, представление о том, что биосфера работает по принципу безотходности, ошибочно. В широком смысле слова отходами биосферной деятельности являются такие новообразования как пласты ископаемых углей, природная нефть, известняк-ракушечник, чилийская селитра (продукт превращения птичьего помета-гуано) и даже кислород атмосферы. Однако природа как бы стремится минимизировать отходы. Поэтому отходы одних организмов становятся необходимым условием существования других. Известно, например, что этиловый спирт является отходом жизнедеятельности дрожжевых клеток, при концентрации его свыше 15% клетки гибнут. В то же время человек использует этот «экскремент» для производства вина и крепких алкогольных напитков, в медицине, химическом синтезе и для других целей.

Важно и такое следствие второго «закона» Б. Коммонера как враждебность более высокоорганизованных биотических систем по отношению к низкоорганизованным. Такое соотношение складывается потому, что более высокоорганизованные системы, изменяя среду, делают ее менее пригодной для существования низкоорганизованных.

Третий «закон» Б.Коммонера говорит о том, что пока наши знания о природе недостаточны, пока природа свои механизмы и функции знает лучше, чем человек. Этот закон - предупреждающий: не навредите природе, пытаясь ее улучшить; если не уверены в результате - не вмешивайтесь в природный процесс. С этих позиций в свое время была правильно приостановлена реализация «проекта века» - поворота стока северных рек на юг. Ведь и сегодня никто не может убедительно сказать, к каким последствиям привело бы его осуществление. Как тут не вспомнить великолепный афоризм: «Чем больше пустынь мы превратим в цветущие сады, тем больше цветущих садов мы превратим в пустыни» (Человек и природа, 1981, №8, с.67).

Четвертый свой «закон» Б.Коммонер поясняет таким образом: «… глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать, он может быть только отсрочен» (1974, с. 32). Яснее, как говорят, не скажешь.

Близок к четвертому «закону» Б. Коммонера закон константности, сформулированный В.И. Вернадским: количество живого вещества биосферы для данного геологического периода является константой, т.е. увеличение массы живого вещества в одном месте повлечет ее уменьшение в другом месте. Из закона константности вытекает, что длительное время поступающие экологические ниши не могут существовать, так как это привело бы к уменьшению количества живого вещества.

К числу других важнейших экологических законов следует отнести следующие:

Биогенетический закон Э.Геккеля и Ф. Мюллера заключается в том, что организм (особь) в своем индивидуальном развитии повторяет в сокращенном и закономерно измененном виде историческое (эволюционное) развитие своего вида. Этот закон является частным случаем более общего системогенетического закона, который гласит, что природные образования, в том числе особи, биотические сообщества и экосистемы, в индивидуальном развитии повторяют в сокращенной и часто закономерно измененной форме эволюционный путь развития своей системной структуры. Близко к данному закону примыкает закон последовательности прохождения фаз развития, согласно которому развитие природных систем может происходить лишь в эволюционно определенном и экологически обусловленном порядке. Например, для шелкопряда развитие может идти только в таком направлении и такой последовательности: яйцоличинкакуколкаимаго. Фазы при этом не могут меняться местами или пропускаться. Закон вытекает как логическое следствие диалектического историзма природы: ничто не может сначала умереть, а потом родиться; ничто не может развиваться от старости к молодости.

Закон физико-химического единства живого вещества был установлен В.И.Вернадским и формулируется следующим образом: все живое вещество Земли физико-химического едино.

Из этого закона вытекает важное практическое следствие: химическое вещество, вредное для одного вида организмов, оказывается в большей или меньшей мере вредным и для других организмов. Таким образом, вопрос сводится лишь к различной устойчивости организмов к воздействию конкретного физико-химического агента. В данном разделе мы не пытаемся подменить всю экологическую науку перечислением и комментированием законов, которые мы считаем в большей или меньшей мере причастными к данной науке. Наша цель в другом. Экология, как наука, находится на том этапе, который можно назвать этапом наиболее динамичного ее развития.

3. Охрана атмосферного воздуха

3.1 Строение, значение и газовый состав атмосферы

Атмосфера (от греч. atmos - воздух и sphaira - шар) - это не только воздух, которым дышат люди, животные, растения, это также газообразная оболочка земного шара, предохраняющая его от чрезмерно резких колебаний температуры (без атмосферы суточные колебания температуры на нашей планете достигли бы 200 оС) и защищающая всё живое от вредного излучения Солнца и космического пространства. Атмосфера является также средой, в которой образуются климат, ветры и дожди; в ней «делается погода», имеющая столь большое значение для сельского хозяйства. Прямое и косвенное значение атмосферного (вне помещений) воздуха для человека многообразно. Прежде чем изложить проблему защиты воздушного бассейна от различного рода загрязнении, приведём краткие сведения о строении и газовом составе атмосферы.

Атмосфера состоит из следующих основных слоёв:

Тропосфера - до высоты 8-17 км (в зависимости от широты); в ней содержится 80 % массы атмосферы, сосредоточен водяной пар и развиваются явления погоды.

Стратосфера - слой над тропосферой до высоты около 40 км. В верхней части стратосферы наблюдается максимальная концентрация озона (О3), поглощающего большую часть ультрафиолетовой радиации Солнца и предохраняющего живую природу Земли от ее вредного действия.

Ионосфера - слой над стратосферой, обладающий повышенной ионизацией молекул газа. Этот слой предохраняет биосферу от вредного воздействия космической радиации, влияет на отражение и поглощение радиоволн; в нём возникают полярные сияния.

Экзосфера (наружная сфера)- располагается над ионосферой и иначе называется сферой рассеяния, так как молекулы газов этого слоя рассеиваются в космическое пространство.

Точной верхней границы земной атмосферы указать нельзя, так как плотность воздуха непрерывно убывает с высотой, приближаясь к плотности вещества, заполняющего межпланетное пространство. Следы атмосферы имеются на высотах порядка 10 000 км и более.

Газовый состав атмосферы у поверхности Земли следующий: азот - 78,09 % (по объёму), кислород - 20,05 %, аргон - 0,9 %, углекислый газ - 0,03 %, а также незначительное количество (0,01 %) неона, гелия, криптона, ксенона, водорода и озона. По данным космических исследований, на высоте 250-300 км основной компонент атмосферы - атомарный кислород. Ещё выше, начиная с высот 500-600 км, атмосфера становится гелиево-водородной. А самые внешние её слои состоят из атомарного водорода (Сагдеев, Зайцев, 1975).

Помимо газов, в атмосфере всегда содержится то или иное количество водяных паров и разных примесей.

3.2 Источники и состав загрязнения атмосферы

Различают естественные и искусственные (антропогенные) источники загрязнения атмосферы.

Естественное загрязнение атмосферы происходит при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах (возникших от ударов молнии), выносе морских солей. В атмосфере постоянно присутствует аэропланктон - бактерии (в том числе болезнетворные), споры грибов, пыльца растений (в том числе ядовитая пыльца амброзии) и др.

Искусственное загрязнение атмосферы характерно главным образом для городов и промышленных районов. В городах и их окрестностях много промышленных предприятий, автотранспорта и отопительных систем, которые загрязняют атмосферу и отрицательно влияют на микроклимат.

Долгое время проблема загрязнения воздуха в городах была в основном связана с сжиганием угля в отопительных системах, выбрасывающих в атмосферу дым, золу и сернистый газ (SO2). В настоящее время на первое место в качестве источника загрязнения атмосферы выдвигаются промышленные предприятия и автомобильный транспорт.

Промышленность загрязняет атмосферу выбросами вредных газов и индустриальной пыли. Основными источниками загрязнения воздуха являются тепловые электростанции, металлургические, химические, нефтеперерабатывающие, цементные и другие заводы.

Химический состав выбросов в атмосферу различен в зависимости от вида топлива, состава производственного сырья, технологии производства и т.д. Например, в доменном газе содержится ядовитая окись углерода, дым алюминиевых заводов загрязняет атмосферу фтористыми соединениями. При производстве бумаги в атмосферу попадают копоть, сернистый ангидрид, сероводород и неприятно пахнущие меркаптаны. Производство искусственных волокон (например, нейлона) сопровождается выделением токсичного сероуглерода(CS2) и неприятно пахнущего сероводорода.

Что касается пыли, то большое её количество выбрасывают в атмосферу тепловые электростанции. Они используют самые плохие, низкосортные угли, которые при сгорании дают много золы и значительный процент сернистых соединений. Эти угли сжигаются в пылевидном состоянии. Причем много золы выбрасывается с дымовыми газами в атмосферу, а затем осаждается по всей местности в виде чёрной копоти. Теплоэлектроцентраль средней мощности, сжигающая в сутки 2000 т угля самого низкого сорта, выбрасывает за это же время в воздух около 400 т золы и 120 т сернистого газа. Вредные последствия такого загрязнения воздуха очевидны.

Второй мощный источник пыли - цементные заводы. Сырьём для изготовления цемента служит известняк в смеси с мергелем или глинистыми сланцами. Сырьевая смесь обжигается для получения так называемого клинкера (твёрдого камневидного материала), который затем дробится и размалывается.

Эти процессы сопровождаются интенсивным пылевыделением, причём цементная пыль загрязняет не только воздух, но и всю прилегающую к заводу территорию.

Ориентировочные, весьма неполные подсчёты показывают, что ежегодно в атмосферу Земли поступают сотни миллионов тонн вредных газов и пыли. Эти загрязнения особенно ощутимы в промышленных городах и районах, так как, несмотря на рассеивание и унос ветрами, они непрерывно днем и ночью поступают в атмосферу, создавая иногда весьма высокие концентрации.

Автотранспорт бурно развивается во всех индустриальных странах. В настоящее время общая численность автомобилей мира - свыше 400 млн. Автомобиль - удобное средство транспорта. Но он отрицательно влияет на окружающую среду.

В некоторых экономически развитых странах загрязнение воздуха автотранспортом достигает угрожающих размеров. Это особенно относится к США, где численность автопарка --- свыше 100 млн. У нас основой транспортной системы являются общественные виды транспорта - метро, автобус, троллейбус, трамвай, что создает условия для предотвращения угрожающего уровня загрязнения. Однако и в нашей стране существует проблема загрязнения воздуха автотранспортом, а потому разрабатываются меры борьбы с этим видом загрязнения.

Исследования, проведённые в странах СНГ позволили установить, что выхлопные газы автомобиля представляют собой весьма сложную смесь, многообразие продуктов выхлопа может быть сведено к нескольким группам.

В первую группу входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород и водяной пар. К этой же группе может быть отнесён и углекислый газ (СО2), содержание которого в выхлопах не представляет опасности для человека.

Ко второй группе относится окись углерода (СО), очень ядовитая и присутствующая в больших количествах (до 12 %).

Третью группу образуют окислы азота, включающие окись (NO) и двуокись (NO2) азота, также весьма ядовитые.

Четвёртая, самая многочисленная группа веществ состоит из углеводородов, среди которых имеются этилен, ацетилен, метан, пропан, толуол, бензпирен 9 канцероген) и др.

Пятую группу составляют альдегиды, главным образом ядовитый формальдегид (формалин) и др.

Наконец, в шестую группу можно выделить сажу, которая характерна для выхлопа дизельных двигателей. Она обладает способностью адсорбировать содержащиеся в выхлопных газах канцерогены.

Количество и состав выхлопных газов зависят от ряда факторов: типа двигателя (карбюраторный, дизельный), режима его работы, качества топлива и т.д. Наименьший выброс - при средней нагрузке и непрерывной работе. Наибольший - на холостом ходу, при торможении и разгоне.

Воздух городов загрязняется не только выхлопными газами, но и продуктами их окисления - фотооксидантами, часто более ядовитыми, чем исходные компоненты. К числу фотооксидантов относится озон, который в малом количестве полезен, а в большой концентрации представляет сильнейший яд.

Автомобильный выброс имеет сложный состав. Основные компоненты загрязнения - это окись углерода, окислы азота, углеводороды, альдегиды и соединения свинца, содержащиеся в этилированном бензине. Процесс этилирования бензина состоит в добавлении к нему бромистого свинца или тетраэтилсвинца - негорючих, но сильно ядовитых жидкостей. Применение такового бензина улучшает работу мотора и одновременно значительно экономит топливо, но отравляет воздух соединениями свинца. Подсчитано, что суммарный выброс свинца от автомашин мира составляет 300 тыс. т/год.

Атмосфера крупных городов капиталистических стран до такой степени, загрязнена, что в ряде случаев регулировщики уличного движения должны периодически вдыхать кислород. В этих целях в местах наиболее интенсивного автомобильного движения установлены баллоны с кислородом. Пешеходы могут подышать кислородом за плату.

Проблема радиоактивного загрязнения атмосферы возникла в 1945 г. после взрыва сброшенных американскими самолётами атомных бомб на японские города Хиросима и Нагасаки. С тех пор атомное оружие значительно усовершенствованно и накоплено в больших количествах.

При взрыве атомных бомб возникает чрезвычайно сильное радиоактивное излучение, которое в разных дозах долгое время поддерживается на огромных пространствах из-за распыления радиоактивных частиц. Из атмосферы радиоактивные продукты вместе с осадками поступают на Землю, заражая почву, водоёмы, живые организмы. При этом мелкодисперсная пыль разносится на многие тысячи километров и вызывает глобальное радиоактивное загрязнение атмосферы.

Радиоактивные элементы (изотопы), образующиеся при взрывах, поступают в организм человека разными путями и локализуются неодинаково. Например, радиоактивный 90 Sr поступает в организм человека с растительной пищей и локализируется в костях скелета (так как он является аналогом кальция). Радиоактивный 137Сr в организме ведёт себя аналогично калию, а потому локализируется во всех тканях, в том числе мышцах. Исследования, проведённые на Аляске, показали, что эскимосы заражаются этим изотопом при употреблении в пищу мяса северных оленей. Радиоактивный 131I попадает в организм человека с молоком и концентрируется в щитовидной железе, которую повреждает.

3.3 Последствия загрязнения атмосферы

Последствия естественного загрязнения атмосферы иллюстрируется прежде всего на примере вулканической деятельности. Усиление вулканической деятельности в некоторые периоды геологической истории сопровождалась выбросом в атмосферу огромного количества пыли - вулканического пепла. Пыль играет роль экрана для солнечной радиации. Поэтому скопление вулканического пепла в атмосфере - одна из причин резкого похолодания климата. Вулканы выбрасывают в атмосферу не только пепел, но также ядовитые газы, отрицательно влияющие на живые организмы близлежащих территорий. Известный специалист по охране природы Б.Гржимек приводит следующий пример гибели африканских животных под влиянием вулканических газов. В районе Киву-парка (Восточная Африка) есть постоянно действующие вулканы, над которыми временами мерцает красное пламя. А из кратеров выделяются ядовитые газы. Углекислый газ скапливается в низинах, и ночью, когда нет ветра, слои его становятся наиболее плотными. Животные погибают не только от кислородного голодания, но и от настоящего отравления. Еще задолго до наступления смерти они становятся словно парализованными. Птицы и летучие мыши иногда, будто пораженные молнией, камнем падают с неба прямо на землю. В одном только месте было найдено 25 мертвых слонов без малейших следов ранений. В других местах были обнаружены стаи мертвых павианов, масса различных антилоп, бегемотов, львов, буйволов, а также пресмыкающихся. Привлеченные трупами, гиены и грифы тоже погибали, отравившись ядовитыми газами. «Это настоящие мертвые города, - замечает Б. Гржимек, - где высятся груды трупов и костей».

Вынос морских солей - широко распространенное явление. Густые туманы и водяная пыль, возникающие в нижних слоях атмосферы над океаном, при испарении влаги поставляют в воздух кристаллы морских солей. Эти соли усиливают коррозию металлов на побережье, что учитывают при проектировании металлических конструкций. Например, данные об убывании концентрации морских аэрозолей с удалением от моря используется для определения расстояния, на котором более длительное время сохраняются линии электропередачи.

Агрессивными свойствами обладают и некоторые почвенные аэрозоли. В частности, в пыли солончаковых почв центральной Азии содержится значительное количество сульфатов, способствующих ускорению коррозии металлов. Оценка ареала таких почв учитывается при проектировании линий связи и различных сооружений.

Многие страны, расположенные в засушливом климате и вблизи пустынь, сильно страдают от запылённости воздуха. Например, в Иране основной проблемой загрязнения атмосферного воздуха городов является пыль. Северные районы Нигерии также страдают от естественной загрязнённости воздуха пылью пустыни Сахара.

...