10. Окружающая природная среда как система. Атмосфера, гидросфера, литосфера – основные компоненты окружающей среды.

Природная среда - это совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов.

Окружающая среда - это совокупность компонентов природной среды, природных, антропогенных и природно-антропогенных объектов.

 К числу компонентов природной среды относятся земли, недра, почвы, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный и животный мир и иные организмы, озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство, обеспечивающие в совокупности благоприятные условия для существования жизни на Земле.

Атмосфе́ра— газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства. Также существует определение атмосферы, как внешней геологической газовой оболочки Земли.

Гидросфе́ра— это водная оболочка Земли. В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % — подземные воды, около 2 % — льды и снега, около 0,02 % — поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.

Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.

Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре.

Литосфе́ра— твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы. Литосфера под океанами и континентами значительно различается. Литосфера под континентами состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев общей мощностью до 80 км. Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами, в основном состоит из дунитов и гарцбургитов, её толщина составляет 5—10 км, а гранитный слой полностью отсутствует.

Все компоненты окружающей природной среды взаимосвязаны, так изменение одной из них непосредственно приведет с изменению другой.

12. Анализ экологического риска на территории республики Мордовия.

Для Республики Мордовия характерны явления, связанные с экзогенными (оползни, эрозии, суффозия, карстообразование) и гидрометеорологическими (весенние паводки, сильный ветер, град, заморозки, сильный снег, сильная метель и др.) процессами.

Проведенная инвентаризация подверженности населенных пунктов воздействию геоэкологических процессов показа­ла, что они активно проявляются в 193 населенных пунктах, в том числе один процесс – в 20, два – в 100, три – в 64, четыре – в ­9. Восемь населенных пунктов (города) отнесены к объектам первой очереди строительства противооползневых сооружений. На семи объек­тах требуется проведение неотложных (аварийных) работ (города Са­ранск, Краснослободск, Темников, села Булгаково, Большая Елховка, Под­горное Канаково, участок магистрального газопровода Уренгой – Ужго­род).

Наиболее уязвимыми по отношению к природным чрезвычайным ситуациям, обусловленных гидрологическими процессами, являются населенные пункты, расположенные по берегам рек Мокша, Инсар, Алатырь, Сура. При прохождении весеннего половодья высокого уровня в бассейне Мокши могут быть затоплены 14 сельских населенных пунктов, 7 автодорог республиканского значения.

На территории республики имеются 8 радиационно опасных объектов, которые лицензируются на право эксплуатации радиационных источников (РИ) и обращения с радиоактивными веществами (РВ), работа которых контролируется органами Ростехнадзора: 1) ГУЗ «Республиканский онкологический диспансер», г. Саранск, IV категория радиационной опасности; 2) ОАО «Электровыпрямитель», г. Саранск, IV категория радиационной опасности; 3) Саранский филиал ФГУП ВНИИТФА, г. Саранск, IV категория радиационной опасности; 4) химико-радиометрическая лаборатория ГУ «Управление гражданской защиты Республики Мордовия», г. Саранск, IV категория радиационной опасности; 5) ФГУ «Мордовская республиканская станция защиты растений», г. Саранск, IV категория радиационной опасности; 6) ФГУП «Саранский объединенный авиаотряд», г. Саранск, IV категория радиационной опасности; 7) ОАО «Саранский завод "Резинотехника"», г. Саранск, IV категория радиационной опасности; 8) ФГУ «Мордовский центр стандартизации, метрологии и сертификации», г.Саранск , IV категория радиационной опасности.

Дозовая нагрузка на население от радиационно опасных объектов IV категории исключена, так как в случаях возникновения аварий радиационное воздействие от этих объектов ограничивается помещениями, где проводятся работы с РИ или РВ. Контроль обеспечения системы государственного учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов в Республике Мордовия возложен на отдел окружающей среды, обращения с отходами, обеспечения экологической безопасности и гидротехнических сооружений Министерства природных ресурсов Республики Мордовия. В 2007 г. радиационных инцидентов на радиационно опасных объектах не было.

На территории республики имеются 9 химически опасных объектов: ОАО «Биохимик», г. Саранск – 60 т соляной кислоты и 22 т аммиака; ЗАО «Мясоперерабатывающий комбинат "Саранский"», г. Саранск – 20 т аммиака; ОАО «Молочный комбинат "Саранский"», г. Саранск – 20 т аммиака; ООО «Мордовия-Холод», г. Саранск – 20 т аммиака; ОАО «СанИнБев», Саранский филиал – 5 т аммиака; ООО «Мясоперерабатывающий комплекс "Атяшевский", р. п. Атяшево Атяшевского муниципального района – 20 т аммиака; ЗАО МПК «Торбеевский», р. п. Торбеево Торбееевского муниципального района – 30 т аммиака; ГУП «Мясокомбинат "Оброченский"», с. Оброчное Ичалковского муниципального района – 15 т аммиака; ГП «Мясокомбинат "Первомайский"», с. Первомайское Ковылкинского муниципального района – 15 т аммиака. Общий запас веществ составляет 227 т. В 2007 г. аварий и происшествий на химически опасных объектах не было.

Вместе с тем на потенциально опасных объектах сохраняется высокий уровень техногенных опасностей из-за износа технологического оборудования (свыше 60 %). Недостаточно налажено обеспечение предприятий безопасным технологическим оборудованием, приборами контроля и защиты. Слабо решаются вопросы оснащения производств системами автоматического обнаружения веществ. Все это создает возможность возникновения промышленных аварий и чрезвычайных ситуаций.

Природные и природно-техногенные чрезвычайные ситуации

В 2007 г. на территории Республики Мордовия произошло 15 чрезвычайных ситуаций: техногенные чрезвычайные ситуации – 13; природные чрезвычайные ситуации – 1; биолого-социальные чрезвычайные ситуации – 1.

Природные чрезвычайные ситуации. В 2007 г. произошла 1 чрезвычайная ситуация природного характера. 1 июня с 12 часов 30 минут до 16 часов в связи с прохождением атмосферного фронта по территории республики из-за разности температур произошло шквалистое усиление ветра, которое повлекло за собой разрушения в шести муниципальных районах республики (Большеигнатовский, Атяшевский, Ичалковский, Ельниковский, Дубёнский, Чамзинский). Из-за обрыва ЛЭП, повала деревьев было нарушено электроснабжение в 33 населенных пунктах, 28 хозяйствах, отключено 169 трансформаторных подстанций, повреждены крыши жилых домов и объектов соцкультбыта. Пострадали посевы сахарной свеклы на площади 2 500 га, озимых культур – 2 220 га, 90 га яровой пшеницы. Убыток составил 135 млн руб.

13. Защитные механизмы природной среды и факторы, обеспечивающие ее устойчивость. Часто важны не только пределы изменения экологических факторов, но и скорость их изменения, т.е. динамика. Не все виды способны приспособиться к быстрым изменениям условий среды. Виды, которые не могут (или не успевают) приспособиться к изменившимся условиям, вымирают и их экологические ниши в экосистемах занимают другие, более пластичные виды.

Рассмотрим основные виды адаптаций организмов к изменениям экологических факторов. Наиболее важными из них являются: - морфологические; - физиологические; - поведенческие.

К морфологическим адаптациям относятся видоизменения органов, например, развитие у баобаба колючек вместо листьев, а у китов и дельфинов – плавников вместо ног. Физиологические адаптации связаны с особенностями ферментативного набора в пищеварительном тракте. Так, потребность животных во влаге удовлетворяется в пустынях путем биохимического окисления жиров, а у растений биохимические процессы фотосинтеза позволяют создавать органическое вещество из неорганических соединений. Поведенческие адаптации проявляются, например, в способах обеспечения теплообмена у птиц путем сезонных перелетов, у животных – с помощью линьки; для обеспечения пищей хищники используют приемы затаивания (в засаде), а их жертвы – защитную окраску.

Устойчивость экосистем – это способность экосистем сохранять структуру и нормальное функционирование при изменениях экологических факторов. Рассмотренные выше адаптации организмов к изменениям факторов среды обитания в определенной степени обеспечивают устойчивость экосистем, в состав которых они входят, к изменению экологических факторов среды. Однако, как и всякая более сложная система, экосистема по сравнению с отдельными видами организмов имеет более высокую степень надежности функционирования в изменяющейся среде, так как на системном уровне формируются и развиваются новые, системные механизмы обеспечения устойчивости и живучести экосистем, которые отсутствовали у отдельных видов. Такие эволюционно выработанные механизмы приспособления экосистем к изменениям среды обитания называются адаптациями экосистем.

Как и образования всех нижележащих уровней Земля лишь звено в иерархической цепи систем. Поэтому важнейшим фактором ее стабильности (стабильного существования) надо считать управление, идущее со стороны систем более высокого уровня, в первую очередь — Солнца. Все известные и неизвестные механизмы Земли смогли стать реальностью лишь потому, что в течение миллиардов лет работает отрицательная обратная связь, регулирующая интенсивность реакции водородного синтеза в недрах Солнца. Для нас этот регулятор обеспечивает стабильность потока приходящей к Земле энергии, солнечной постоянной. К собственно воздействиям можно отнести небольшие флуктуации мощности и спектрального состава солнечного излучения. В определенной степени они зависят от систем еще более высокого порядка — планетного и галактического комплексов.

Внешние связи главной геосистемы не отменяют действие собственных земных механизмов, часть которых работает в направлении дальнейшего уменьшения неравномерности космических воздействий, тогда как другие, наоборот, усиливают приходящие извне сигналы. Для земной жизни решающее значение имеет пассивная защита геосферы от излучений. Земля окружена серией оболочек, подобных липидным мембранам живых клеток, непроницаемых для одних видов воздействий, полупроницаемых для других. Магнитосфера, ионосфера с озоновым экраном, углекислый газ и водяные пары атмосферы, облачный покров, водная масса океанов, снежный и почвенный покровы на суше — все эти "одежды" помогают предельно снизить напор и колебания жесткого и длинноволнового излучения, предотвратить перенасыщение сферы жизни энергией. В том же направлении работает оболочка осадочных пород, смягчая потоки тепла и ионизирующей радиации, поступающие из недр Земли. Благодаря наличию этих механизмов живое вещество геосферы существует и развивается в стабилизированной обстановке, как бы в термостате.

Закономерности динамики литосферы пока мало исследованы. Несомненно, однако, что в ней действует ряд механизмов, стабилизирующих состояние земной коры в условиях тектонических возмущений. По крайней мере два процесса — изостатическое выравнивание нагрузок на кору и денудационное выравнивание рельефа, подчиняясь схеме отрицательной обратной связи, неуклонно ведут литосферную основу географической оболочки к состоянию термодинамического равновесия, равновесия при минимальном запасе свободной энергии. Можно предполагать, что принимаемые современной геотектоникой конвекционные потоки в расплавленной части мантии, вызывающие дрейф плит, также направлены к восстановлению нарушенного равновесия.

Мощными механизмами стабилизации состояния обладают подвижные оболочки земного шара — атмосфера и Мировой океан. Как воздушная, так и водная среда — это огромные резервные емкости энергии (тепла), воды, углекислого газа, кислорода и многих других веществ. Благодаря возможности взаимного обмена с другими компонентами геосферы, прежде всего с живым веществом, эти хранилища служат инертными стабилизаторами среды жизни. Смягчающее влияние больших водных масс на колебания суточных и сезонных температур, на колебания осадков, хорошо известно как свойство морских климатов.

Интенсивность испарения с поверхности водоемов и выпадения атмосферных осадков зависят от насыщенности атмосферы водяным паром. Как прямой, так и обратный процесс регулируется отрицательной обратной связью. В масштабе планеты это те два вентиля, которые автоматически регулируют круговорот воды в природе, подстраивая его лишь к приходу и расходу солнечной энергии на земной поверхности. Выделение и связывание скрытой теплоты конденсации при фазовых переходах воды ослабляет температурные колебания у поверхности раздела атмосферы с океаном и сушей.

Во всех этих процессах механизмы отрицательной обратной связи регулируют внешние воздействия в соответствии с принципом Ле-Шателье, уводя геосистему к состоянию, снижающему эффект воздействия. Поразительной устойчивостью на протяжении геологических эпох отличается солевой состав Мирового океана (Вернадский, 1967). Он не меняется, несмотря на непрерывное пополнение запаса солей реками, выносящими их из разрушающихся горных пород. Можно предполагать наличие мощных регуляторов. Простейшими из них, вероятно, являются химические равновесия между растворенными в воде кислотами и их солями. Эти равновесия противодействуют изменениям концентраций карбонатов, силикатов, боратов, фосфатов и др., отправляя избыток солей в "запасники" донных отложений. При дефиците некоторых веществ морские осадки могут возвращать часть запаса в воду. Еще одним регулятором служит взаимодействие воды с живыми организмами, прежде всего с быстро реагирующими на изменения планктонными видами (Лебедев и др., 1974).

Механизмы обратной связи могут играть и дестабилизирующую роль в динамике геосферы (см. гл. 6). Так, система океан—атмосфера— ледники, связанная потоками тепла и воды в жидком и твердом состояниях, в условиях земных температур приобретает свойства триггера (переключателя). Система относительно устойчива в двух предельных состояниях: максимального и минимального развития покровных ледников.

Однако запас устойчивости в обоих состояниях невелик, в результате чего переход от одной крайности к другой осуществляется достаточно легко. Два компонента, включенные в регулятор с конкурентной обратной связью, обладают большой инерцией: океан — накопитель тепла и ледники — накопители массы льда, а с ним и дефицита тепла. Такая система, подведенная планетными и космическими причинами к критическому уровню термического режима, легко переходит к автоколебаниям. На модели удается воспроизвести колебания климата с периодом, близким к продолжительности одного ледникового цикла — порядка 50 тыс. лет (Сергин, 1972).

Многочисленные стабилизаторы океанической среды позволяют ей служить идеальной "хранительницей жизни". Благодаря этим свойствам океана в нем в течение сотен миллионов лет сохранялись архаические формы живых организмов, например, кистеперые рыбы, которые могли служить надежным банком генотипов для "экспериментов" эволюции. Развитие жизни на Земле можно рассматривать как крупнейшее возмущение, приводившее к неоднократным и радикальным перестройкам многих механизмов геосферы (Вернадский, 1967). Тем не менее эволюция живого вещества имела результатом также создание новых свойств геосферы, в одних случаях повысивших ее устойчивость, в других, — наоборот, понизивших. Защитный озоновый экран обязан своим возникновением фотосинтезирующей активности растений. Зеленая растительность, покрыв Землю, включилась в процессы обмена углеродом и азотом между атмосферой, океаном и почвой, стала выполнять роль мощного мирового регулятора этого обмена (Моисеев и др., 1985). По существующим представлениям в ответ на повышение содержания CO2 в атмосфере и усвояемого азота в почве растительность усиливает синтез углерода, связывает его в органических молекулах, освобождая от части избыточного углекислого газа атмосферу. Поскольку избыток СО2 угрожает геосфере перегревом вследствие парникового эффекта, растительность суши и океана оказывается также важным звеном регулирования и климата.

Можно предполагать, что внедрение живого вещества в абиотическую геосферу было переломным моментом, положившим начало длительному процессу перестройки многих ее инвариантов. Вода и атмосфера стали все более насыщаться химически активным веществом — кислородом. Углекислый газ из атмосферы перекочевал в органическое вещество, образовал новые осадочные и метаморфические горные породы. Существовавшие ранее и вновь возникшие механизмы саморегулирования в ходе эволюции создали новые устойчивые состояния системы. Однако человеческая цивилизация, производная биосферы, снова нанесла урон многим структурам, ответственным за стабильность географической среды.