- •Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
- •Экология: природопользование, инженерная защита окружающей среды
- •Экология: природопользование,
- •Глава 1. Глобальные проблемы цивилизации и возникшие экологические кризисы
- •Демографический взрыв и его экологические последствия
- •1.2. Проблема нехватки продуктов питания
- •1.3. Проявление парникового эффекта
- •1.4. Появление озоновых дыр
- •1.5. Проблема кислотных дождей
- •1.6. Уничтожение лесов и их последствия
- •1.7. Истощение энерго- и минеральных ресурсов
- •1.8. Деградация сельскохозяйственных угодий
- •1.9. Эвтрофирование водоёмов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 2. История развития экологии как науки и её основные законы
- •2.1. Развитие экологических знаний
- •2.2. Этапы формирования классической экологии
- •2.3. Основные разделы экологии
- •2.4. Системные связи в биосфере
- •2.5. Принципы и теории систем в экологии
- •2.6. Фундаментальные законы экологии
- •2.7. Цель, содержание и задачи дисциплины «экология»
- •2.8. Предмет и методы экологических исследований
- •2.9. Связь экологии с другими науками
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 3. Понятия и термины в экологии
- •3.1. Понятие о среде обитания и адаптации
- •3.2. Экологические факторы и типы реакций организмов на внешние воздействия
- •3.3. Общий характер действия экологических факторов и понятие о лимитирующих условиях окружающей среды
- •3.4. Фитоценоз и экологическая ниша
- •3.5. Биоценоз, его свойства и связи в нём
- •Пищевые цепи, сети и трофические уровни
- •Отношения организмов в биоценозах
- •3.6. Биогеоценоз и взаимоотношения в нём
- •3.7. Экосистемы и их основные свойства
- •Саморегуляция и устойчивость экосистем
- •3.8. Сукцессии, их происхождение и прогнозирование. Синузия
- •3.9. Агроэкосистема и её регулирование
- •3.10. Популяция и её свойства
- •Круговорот веществ и энергии в эко - и агроэкосистемах
- •3.12. Устойчивость современных косистем к техногенезу
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 5. Природно-ресурсный потенциал
- •5.1. Природно-ресурсный потенциал
- •Взаимодействие природы и общества. Ресурсные циклы
- •Эффективность использования природных ресурсов
- •Особо охраняемые природные территории и их роль в сохранении экологического равновесия в биосфере
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 6. Сущность и основные виды природопользования
- •6.1. Понятия, виды, формы и основы рационального природопользования
- •6.2. Лицензия на право потребителя природных ресурсов
- •Лицензия на использование животного мира
- •Лицензирование на пользование атмосферным воздухом
- •6.3. Лимитирование природопользования
- •6.4. Договорно-арендные отношения в области природопользования
- •Договор аренды комплексного природопользования
- •6.5. Основные положения рационального природопользования
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 7. Природоохранные мероприятия, технологии и техника
- •7.1. Классификация и основные направления природоохранныхи природозащитных мероприятий
- •7.2. Очистка газопылевых выбросов
- •7.3. Очистка газовых выбросов от газо- и парообразных загрязнителей
- •7.4. Очистка сточных вод
- •7.5. Утилизация и ликвидация твёрдых отходов
- •7.6. Малоотходные и безотходные производства
- •7.7. Биотехнологии и их значение для защиты окружающей среды
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава. 8. Влияние загрязнения окружающей среды обитания на здоровье человека
- •8.1. Состояние биосферы и болезни населения
- •8.2. Факторы, вызывающие негативные воздействия на население Биологические факторы
- •Химические факторы
- •8.3. Химические соединения и физические факторы, опасные для здоровья человека
- •Продукты жизнедеятельности вредителей
- •Физические факторы
- •8.4. Нитраты и их влияние на организм человека
- •8.5. Тяжёлые металлы и их воздействие на организм человека
- •8.6. Болезни человека, связанные с влиянием среды обитания на его психическое состояние
- •Экологический спид человечества
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 9. Взаимозависимость экономики и экологии
- •9.1. Взаимосвязанность экологии и экономики
- •9.2. Эколого-экономический учёт природных ресурсов и загрязнителей
- •9.3. Новые механизмы финансирования охраны окружающей природной среды
- •Плата за использование природных ресурсов
- •Экологические фонды
- •Экологическое страхование
- •Экологическая обусловленность экономики
- •Зависимость экономики от ресурсов биосферы
- •9.4. Главные слагаемые экологизации экономики Основные составляющие
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 10. Природоохранная деятельность рф
- •10.1. Нормативные документы по охране природной среды в России
- •10.2. Основные направления в природоохранной деятельности рф
- •1. Природно-экономические особенности хозяйства
- •2. Прогноз антропогенных изменений природного комплекса и их влияние на развитие хозяйства
- •3. Система мер комплексной охраны природы на территории хозяйства
- •10.3. Международное сотрудничество рф в области охраны природной среды
- •Вопросы для самопроверки
Глава 1. Глобальные проблемы цивилизации и возникшие экологические кризисы
Сложилась парадоксальная ситуация: мировая цивилизация, достигшая больших знаний во многих областях науки и техники, оказалась в очень сложном положении; появилось много разных проблем локального, регионального и общепланетарного масштаба. К проблемам общепланетарного значения необходимо отнести: очень бурный рост населения; обострение энергетического кризиса, нехватку продовольствия и питьевой воды, нищету в слаборазвитых государствах, эскалацию этнических и религиозных конфликтов; возникновение очагов малых войн, рост и разгул бандитизма и терроризма, появление различных эпидемий; кризис культуры и нравственности, экологические проблемы регионального и глобального уровней; интенсивное уничтожение лесов, опустынивание сельхозугодий, разрушение озонового слоя; загрязнение биосферы, истощение биоразнообразия, потепление климата, опасность ядерного конфликта и многие другие.
Все эти проблемы так или иначе тесно связаны с прошлым и будущим нашей цивилизации. В самой же биосфере никаких экологических проблем не существует. Если они возникали и возникают у некоторых групп организмов, то решались и решаются, как правило, медленным эволюционным путём, когда замена одних форм жизни другими для глобальной природы в целом практически незаметна. В отличие от естественных биосферных проблем, современные экологические проблемы общества стали заметными для всей природы на планете. Объём антропогенного воздействия человека на окружающую природную среду в конце ХХ и в начале ХХI веков стал слишком велик и приблизился почти к пределу устойчивости биосферы, а по некоторым параметрам даже и превзошёл её. Проявлений и свидетельств этому достаточно много и они многообразны.
Демографический взрыв и его экологические последствия
К началу 2000 г. численность популяции человека достигла 6,0 млрд. К настоящему времени население увеличилось примерно до 6,72 млрд человек. Более 95 % этого роста народонаселения «обеспечили» развивающиеся страны и, прежде всего, Китай и Индия. Ныне каждый четвертый человек из десяти жителей – индусы и китайцы. Эта беспрецедентная видовая численность для крупных организмов и вообще для наземных видов позвоночных животных в природной среде. По некоторым данным «законная» биологическая численность Homo sapiens как вида высших приматов должна быть не более 500 тыс. человек. Сейчас она превышает более чем 6 млрд. На протяжении последних четырёх столетий рост народонаселения мира происходил по гиперболическому закону. В ХХ веке он приобрёл характер демографического взрыва – увеличение населения составило примерно в 4 раза.
Во второй половине ХХ века с каждым десятилетием среднегодовое увеличение составило приблизительно 10 млн человек, достигнув к середине 60-х годов отметки 2,2 % в год. Если для увеличения народонаселения от 1 до 2 млрд человек потребовалось 107 лет (с 1820 г. по 1927 г.), то для третьего миллиарда необходимо было всего лишь 32 года (до 1959 г.), четвёртого – 15 лет (до 1974 г.), пятого – 13 лет (до 1987 г.), шестого – 12 лет (до 2000 г). Для последнего удвоения численности населения земного шара нужно было всего лишь 38 лет. У высших млекопитающих в природе никогда подобного не наблюдалось. Их видовая численность (без вмешательства человека) на протяжении больших периодов времени остаётся относительно стабильной. Одним из важнейших признаков экологической устойчивости вида является равновесное (климаксовое) состояние численности и постоянное сбалансированное взаимодействие с другими видами экосистемы и компонентами окружающей природной среды. Человек как биологический вид не отвечает этим требованиям.
Демографический взрыв вызван тем, что начиная с середины прошлого столетия снижение смертности значительно опередило уменьшение рождаемости во многих экономически развитых государствах. В 1990 – 1995 гг. коэффициент рождаемости в мире снизился до 24,6 %, общий же коэффициент смертности при этом был равен 9,8 %, а естественный прирост составлял 14,8 %. Примерно такие же параметры воспроизводства населения сохраняются в настоящее время. Это означает, что в среднем в каждую минуту на Земле рождается 270 младенцев, умирает 110 человек разного возраста, а значит население на земном шаре увеличивается на 160 человек. В СССР ежегодный коэффициент рождаемости был на уровне 2,5, в настоящее время он равен 1,9, а уровень естественной убыли населения – 0,9 - 1,0 млн человек. На одного россиянина приходится всего лишь 1,3 ребёнка.
С позиций экологии человека не менее важны и качественные аспекты проблемы. А что же происходит в таком случае с качественным состоянием Homo sapiens при столь большом количестве и быстром росте? Насколько человеческое общество влияет на самого себя, как изменяет свои свойства? С данными вопросами тесно связана оценка экологического потенциала выживания популяции человека.
Социальные и биологические критерии качества человека как биологического индивидуума и личности по некоторым критериям не совпадают, но и не далеки друг от друга. По крайней мере, из трёх главных наших критериев – здоровье, одарённость и воспитанность: два первых имеют существенную биологическую обусловленность. В ходе эволюции и развития человек как вид избавился от многих своих конкурентов и врагов, сумел значительно ослабить воздействие инфекций, паразитов и давление дефицита биоресурсов. Он многократно расширил ёмкость среды за счёт приспособленности к среде и приспособления среды к себе, благодаря технологиям жизнеобеспечения и выживания он удлинил время индивидуальной жизни. Но по причине отключения многих механизмов естественного отбора, успехов гигиены и медицины, подмены защитных свойств организма различными лекарствами и процедурами, загрязнения среды обитания, стрессов, курения, принятия алкоголя, наркотиков и т.п. при избыточной информации сохранение людей с отягощенной наследственностью не способствовало сохранению здорового видового генофонда человека. Человечество накопило в себе опасный генетический груз мутаций, большинство из которых не сохранились бы, если бы действовал естественный отбор так, как он действует в природных популяциях животных.
По данным медицинской генетики, наследственная отягощённость современной популяции людей в среднем составляет 6,0 %. При этом 0,7 % всех новорождённых страдает хромосомными заболеваниями, более 1,5 % рождаются с заболеваниями, вызванными генными мутациями, около 3,8 % детей рождаются с наследственной предрасположенностью к хроническим заболеваниям. В Государствах Западной Европы разные формы пограничной патологии, так или иначе связанные с наследственной отягощённостью, охватывают примерно 15 % населения.
Число выявленных форм наследственных болезней увеличивается с каждым годом; к настоящему времени описано и уже выявлено более 4000. Установлена наследственная предрасположенность человека к гипертонии, диабету, ожирению, аллергическим заболеваниям, шизофрении, глаукоме, ревматизму, язвенной болезни, к падагре, к некоторым формам рака и ко многим другим серьёзными заболеваниям.
Наследственные болезни составляют только часть многочисленных недугов человека, но они становятся всё более ответственными за общую заболеваемость, их сочетание с экологическими источниками патологии создаёт тот уровень нездоровья современного общества, который был совершенно немыслим в естественной природой среде.
Генетический аппарат современного человека перегружен иммунологической информацией – генами, ответственными за синтез многих тысяч различных антител. Наш иммунитет чаще не справляется с новыми вызовами окружающей среды. А всёпроникающий микромир одаривает нас такими новыми болезнями, как СПИД (погубил уже 24 млн человек), лихорадка Эбола и жёлтая лихорадка, лихорадка Денге, Западно-Нильская лихорадка, синдром Крейцфельда-Якоба (коровье бешенство) и другими, ранее человеку неизвестными болезнями. Это во многом связано с деградацией окружающей среды, которая в свою очередь теснейшим образом переплетается с её загрязнением различного рода вредными веществами, последствия которой негативно сказываются на экологических и демографических условиях жизни населения, в том числе и на здоровье. Так, например, 5 % эмбрионов человека погибает на ранних стадиях онтогенеза (спонтанные аборты), 3 % составляют мертворождённость, 3 % – смертность до наступления репродуктивного возраста, 20 % взрослых не вступает в брак и 15 – 20 % браков бесплодны и т.д. Таким образом, примерно 50 % первичного генофонда человека не воспроизводится в следующем поколении и значительная часть этих явлений обусловлена генетически.
В течение трёх последних десятилетий во всём мире наблюдается унылый перечень экологических проблем и угроз, пишут Д. Хелд и др. (2006 г.). Мировая медицинская статистика показывает, что с точки зрения эволюционной экологии человека качество людей по критериям здоровья находится на очень низком уровне и продолжает снижаться. Человек всё в большей степени оказывается зависимым от медицинской помощи и применения искусственных средств поддерживания и продления жизни, тем не менее, они не в состоянии уменьшить общую заболеваемость. Можно сказать, что Homo sapiens как большой вид нуждается в тотальной диспансеризации.
Естественно, что большая численность такого крупного консумента, каким считается человек, не может не сказаться на биотическом равновесии в природе. Будучи лишь одним из 50 тыс. видов позвоночных животных, человек составляет приблизительно 25 % от общего количества по биомассе и потреблению пищи. Воздействие человека на окружающую природную среду не ограничивается только биотическим воздействием.
Современным обществом в производство и потребление вовлекается такое количество веществ и энергии, которое в десятки и сотни раз превосходят чисто биологические потребности человека. Если расход энергии на одного человека в каменном веке в целом был около 4 тыс. ккал/сутки, то в аграрном обществе он стал уже – 12 тыс., в индустриальном – 70 тыс., а в передовых развитых странах в конце ХХ – начале ХХI столетий расходовалось до 230 – 250 тыс. ккал/сутки, то есть в 52 – 62 раза больше, чем у наших далёких предков. Основной причиной современного экологического кризиса считается именно количественная экспансия человеческой популяции – непомерный уровень и быстрое нарастание совокупной (техногенной) нагрузки на природу.
«Никто не станет отрицать, что только радикальные изменения взаимоотношений между человеком и природой позволят нам избежать судьбы динозавров», - писал по этому поводу Ф. Рамад (1981 г.).
Тенденция увеличения населения Земли, по всей видимости, будет сохраняться и ХХI – XXII столетиях. По разным оценкам, к 2025 году на планете будет до 9,4 млрд человек. Прогноз численности населения на 2050 год первой двадцатки государств представлен в табл. 1.1.
С.П. Капица (1998 г.) приводит формулу, которая с большой долей точности описывает рост населения Земного шара в течение сотен и даже многих тысяч лет:
,
где С - эпоха; N – население мира на момент времени Т.
Таблица 1.1. Первая двадцатка государств, ранжированных по количеству людей в 1998 г., прогноз на 2050 г.
Место |
1998 г. |
2025 г. | ||
Государство |
Население, млн чел. |
Государство |
Население, млн чел. | |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 |
КНР Индия США Индонезия Бразилия Россия Пакистан Япония Бангладеш Нигерия Мексика Германия Вьетнам Иран Филиппины Египет Турция Таиланд Франция Эфиопия |
1255 976 274 207 165 148 147 126 124 122 96 82 78 73 72 66 64 62 60 59 |
Индия КНР Пакистан США Нигерия Индонезия Бразилия Бангладеш Эфиопия Иран Конго Мексика Филиппины Вьетнам Египет Россия Япония Турция ЮАР Танзания |
1533 1517 357 348 339 318 243 218 213 170 165 154 131 130 115 114 110 98 91 89 |
По мнению А.С. Степановских (2003), в этой формуле не учтён фактор времени, характеризующий жизнь человека, его репродуктивную способность и продолжительность жизни. Если построить модель и ввести в неё характерные для жизни человека время , то исключаются особенности роста населения в прошлом и настоящем. Процесс роста начинается в Т0 = 4,4 миллиона лет назад и продолжается за пределами критической даты Т1 , предвидимое в будущем, и выражается формулой
,
описывающей эпоху до демографического перехода и сам переход. Значение новых постоянных получается на основе сравнения современных демографических данных с расчётом:
С = 186109 лет; Т 1 = 2007 год; = 42 года;
К = = 67000.
Эксперты ООН считают, что снижение рождаемости в развивающихся государствах произойдёт не раньше 2100 г., когда численность населения Земли стабилизируется примерно на уровне 11,5 – 12,0 млрд человек. Основная доля увеличения населения в настоящее время приходится и в будущем будет приходиться на развивающиеся государства.