2.2.5. Понятие об экологической нише и местообитании.

Каждый вид занимает определенное местообитание и определенную экологическую нишу.

Местообитание – это территория или акватория, занимаемая видом, с комплексом присущих ей экологических факторов. Местообитание вида является компонентом ее экологической ниши.

Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды, в пределах которого возможно существование вида в природе. Экологическая ниша – место вида в природе. То есть экологическая ниша – это место вида в природу, включающее не только его положение в пространстве и отношение к абиотическим факторам, но и его функциональную роль в сообществе (прежде всего, трофический статус). Условно говоря, местообитание – это «адрес» организма, а экологическая ниша – это его «профессия».

Экологическая ниша обычно характеризуется двумя важными показателями, шириной ниши и спектром перекрывания ее с соседними нишами.

Экологические ниши разных видов и перекрываться в разной степени. Они могут различаться за счет приуроченности разных видов к разными местообитаниям, разной пищи и разному времени использования одного и того же местообитания. Однако, следует помнить, что экологическая ниша не может быть пустой. Если ниша пустеет в результате вымирания какого-то вида, то она тут же заполняется другим видом.

В пределах одного и того же местообитания могут быть ниши разных видов, однако, согласно принципу Гаузе они не могут полностью совпадать. Т.е. принцип конкурентного исключения (Гаузе) гласит: «Два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны. Такие виды обязательно должны быть разнесены в пространстве или времени».

2.3. Взаимодействие человека со средой обитания

2.3.1. Особенности среды обитания человека

Благоприятные условия для жизни человека на нашей планете весьма ограниченны, область его обитания занимает по объему лишь небольшую часть биосферы, однако путем изменения, как окружающей природной среды, так и создания новых, специфических сред, в настоящее время человек населяет практически все природные зоны Земли.

Для благоприятной жизни имеют значения следующие компоненты человека: воздух, вода, почва, содержимое недр, животный и растительный мир, климат, компоненты энергетической среды. Рассмотрим их подробнее

При дыхании через наши легкие ежегодно проходят тысячи кубометров воздуха, поэтому именно загрязнение воздушной среды сказывается, прежде всего, на организме человека.

Воздушная среда для человека может быть:

• наружной (outside), расположенной вне помещений (улица, парк, лес), в которой большинство людей в среднем проводят до 10-15 % времени в течение суток;

• внутренней производственной (рабочее место), на котором обычно проводят примерно 30 % времени(8 часов);

• внутренней жилой (inside) – жилые помещения (дома, квартиры). В них обычно человек проводит до 70% времени.

Воздух чистой наружной среды наиболее благоприятен для дыхания по составу и свойствам, однако в настоящее время его качество по различным причинам снижается. Основные проблемы, связанные с состоянием наружной среды, будут рассмотрены ниже (см. раздел 2.4). Качество воздух внутренней производственной среды, является одним из основных предметов рассмотрения дисциплины «Безопасность жизнедеятельности», являющейся обязательным компонентом образования по направлению «Техносферная безопасность»

Внутренний воздух в жилых помещениях имеет, как правило, повышенное содержание углекислого газа и другие химические вещества: формальдегид (источники - мебель, фанера, пенопласт), асбест (изоляционный материал), различные продукты сгорания, например СO, NO и др.

Водная среда. Человек не живет в водной среде, однако качество воды имеет для него огромное значение. Для человека водная среда включает поверхностные и подземные воды.

• Поверхностные воды сосредоточены большей частью в Мировом океане, поверхность которого составляет 361 млн. км² (2,4 раза больше площади суши (149 млн. км²)).

• Подземные воды бывают: солеными, солоноватыми (меньшей солености)и пресными.

Наибольшее значение для человека имеет пресная вода, которая составляет всего лишь 2,7 % общего объема воды на Земле, причем всего 0,36 %, ее имеется в легкодоступных местах.

Наибольшее практическое значение для человека представляют речные воды. Вода озер используется в меньшей степени, а ледниковые воды пока практически не используются. Значительные запасы воды сосредоточены в водоносных слоях горных пород (подземные воды).

Формально Российская Федерация является одной из двух водоизбытычных стран (наряду с Бразилией). На одного жителя России приходится 28,5 тыс. м³/год пресной воды, однако распределение речного стока крайне неравномерно. Среднемноголетний суммарный сток рек России 4270 км³/год, однако, более 90 % его приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает 80 % населения России и сосредоточен ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится меньше 8 % общего годового стока.

Например, недостаточно обеспечены собственными водными ресурсами Ростовская, Астраханская, Липецкая, Воронежская, Белгородская, Курская области, Республика Калмыкия и некоторые другие регионы. Кроме того, наблюдается прогрессирующее снижение водных ресурсов южных рек страны под влиянием хозяйственной деятельности. Уменьшение годового стока в среднем составляет от 10 (Волга) до 50 % и более (Кубань, Терек, Урал и др.), что превышает уровень экологически допустимого забора воды.

Почва представляет собой поверхностный плодородный слой земной коры. От нее напрямую зависит количество произведенного продовольствия. В биосфере она выполняет две основные функции, которые имеют огромное значение для человека:

• производство органического вещества;

• минерализация отмерших органических остатков.

В настоящее время почва стала еще и биологическим фильтром, поглощающим и обезвреживающим промышленные и бытовые отходы.

Чаще всего почву рассматривают, как земельные ресурсы, т.е. земли, систематически используемые или пригодные к использованию для конкретных хозяйственных целей. Земельные ресурсы ограничены. Они не заменимы другими средствами производства. Различаются они по агропроизводственным свойствам, плодородию и расположению. Земельный фонд мира распределяется следующим образом:

1. обрабатываемые земли — 11,3%, из них — пахотные 10,4%;

2. необрабатываемые земли — 88,7%, из них луга и пастбища — 25,8%; лесные земли — 29,6%; прочие земли — 33,3%.

Качество продуктивных земель в разных районах Земли может очень сильно различаться. На значительной части суши землепользование вообще и земледелие в частности ограничивается различными природными факторами:

• 28% поверхности суши занимают пустыни и полупустыни, т.е. территории подверженные сильной аридизации

• на 23% земель в почвах наблюдается либо дефицит биофильных элементов, резко снижающий продуктивность, либо накопление токсичных соединений (засоление почвы);

• 22% земель приходится на горы, в этих районах земледелие сдерживается высокими уклонами поверхности, высоким риском развития эрозии и маломощностью почв;

• 10% земель испытывают избыточное увлажнение с застоем грунтовых вод и заболачиванием;

• на 6% земледелие ограничено в результате развития вечной мерзлоты.

Таким образом, лишь на 11% земель серьезные лимитирующие факторы отсутствуют и возможно более-менее полноценное земледелие.

В начале 21-го века на одного человека в среднем приходилось около 0,3 га пашни (в Японии 0,04га, в США 0,63 га, в России 0,88 га). С 1970 годов это количество непрерывно сокращается, несмотря на постоянное вовлечение в сельскохозяйственный оборот новых земель. Связано это, прежде всего, с ростом населения.

Необходимо отметить, что в связи с интенсивным земледелием качество земель снижается. В сухом и жарком климате это часто приводит к опустыниванию. Такое явление наблюдается с древнейших времен. Так, в настоящее время пустыней является большая часть территории Передней Азии (Иран, Ирак, Сирия), на которой в свое время (приблизительно 10 тысяч лет назад) появилось земледелие.

Основные причины снижения количества и качества сельскохозяйственных земель: загрязнение почв, зарастание лесом и кустарником мелкоконтурных и удаленных участков, развитие эрозионных процессов, подтопление и заболачивание земель.

Почвы вокруг больших городов и промышленных центров на несколько десятков километров загрязнены тяжелыми металлами, нефтепродуктами, соединениями фтора.

Эрозия – это процесс разрушения почвенного покрова и сноса частиц почвы потоками воды (водная эрозия) или ветром (ветровая эрозия). В России площадь пашни, подверженной водной и ветровой эрозии, составляет 82 млн. га, или 64 % к общей ее площади. Ежегодно площадь эродированных земель возрастает на 0,4-0,5 млн. га, а потери плодородной почвы составляют 1,5 млрд. т. Значительная часть орошаемых и осушенных сельхозугодий требует комплексной реконструкции, необходимо переустройство и коллекторно-дренажной сети. Несмотря на осушительные мелиорации, площади переувлажненных и заболоченных земель постоянно возрастают. Из всех сельхозугодий 7,3 % имеют в различной степени засоленные земли. Хотя постоянно проводятся работы по раскислению почв, их площадь практически не сокращается и составляет ныне около 5 млн. га. Состояние аридных территорий в России повсеместно ухудшается, опустынивание приобретает все более значительные масштабы. Темпы рекультивации нарушенных земель также неудовлетворительны.

Состояние земельных ресурсов во всем мире, и прежде всего в развивающихся странах, вызывает серьёзные опасения в связи с задачами увеличения производства продуктов питания.

Недра — часть земной коры, расположенной ниже почвенного слоя, а при его отсутствии — ниже земной поверхности и дна водоемов и водостоков, простирающейся до глубин, доступных для геологического изучения и освоения. Основным компонентом недр являются минерально-сырьевые ресурсы — совокупность полезных ископаемых, содержащихся в недрах земли, являющихся основой для развития отраслей народного хозяйства. В составе минерально-сырьевых ресурсов выделяют: цветные и редкие металлы, благородные металлы, энергетическое сырье, нерудные полезные ископаемые, сырье для строительной индустрии, лечебные источники и грязи.

Недра дают сырье не только промышленности, но и сельскому хозяйству (для производства минеральных удобрений). На земном шаре каждые 15-18 лет происходит удвоение объема добычи полезных ископаемых. Доля России в общемировом горно-промышленном производстве составляет 14%. В нашей стране ежегодно извлекается 9-10 % мировой добычи нефти, 20-25% природного газа, 5-7% угля, 7-8% железных руд, 12-20% никеля и кобальта, более 10% вольфрама, 26% алмазов, 12% калийных солей, 6% фосфорного концентрата, значительна часть других цветных и редких металлов, золота, серебра, платины и платиноидов. Минерально-сырьевая продукция продолжает оставаться главной составляющей российского экспорта, обеспечивающей около 70% всех валютных поступлений России.

По объему разведанных запасов Россия занимает ведущее положение в мире. В недрах России, территория которой составляет 12% суши Земли, сосредоточено 14% мировых запасов нефти, 35% газа, 11% угля, 26% железных руд, значительная часть мировых запасов золота, алмазов, цветных и редких металлов.

В целом проблема количественного роста добычи касается лишь ограниченного круга полезных ископаемых (марганца, хрома, сурьмы, ртути, мусковита, плавикового шпата). Однако следует отметить, что уровень потерь достаточно высок при подземном способе добычи угля (23,5 %), хромовой руды (27,7 %), калийных солей (62,5 %). Серьезный ущерб государство несет от потерь ценных компонентов в период их переработки и транспортировки. Наиболее острыми остаются вопросы комплексного использования минерального сырья. В настоящее время горнопромышленный комплекс превратился в один из самых крупных источников загрязнения окружающей среды.

Растительный покров играет в жизни человека огромную роль. Растения участвуют в образовании гумуса почвы, в формировании газового состава атмосферного воздуха. Важнейшим растительным ресурсом земного шара служит лес, который производит более 60 % биологически активного кислорода (одно дерево за 24 ч восстанавливает такое количество кислорода, которое необходимо для нормального дыхания трех человек в течение суток). Зеленые растения континентов составляют 99,2 % биомассы организмов Земли, а на леса приходится более 90% всей растительной биомассы суши. Поэтому леса занимают самое важное место в жизни человека и природы. Лес как составная часть биосферы является мощным регулятором климата и водного баланса. Высока его роль в очищении атмосферного воздуха от вредных примесей и болезнетворных микробов, восполнении запасов кислорода, поддержания равновесия химического состава атмосферы, особенно балансов кислорода, углерода и азота; в поддержании гидрологического режима рек; предупреждении эрозии почв; борьбе с засухами и суховеями. 1 гектар леса, в зависимости от его видового состава, способен в течение года поглотить 5-10 т диоксида углерода и выделить 10-20 т кислорода. Кроме того, лес — среда обитания разнообразных видов диких животных, место произрастания грибов и ягод, поставщик древесины — ценнейшего сырья для хозяйственной деятельности человека. Доказано, что только рекреационная ценность лесов в десятки раз выше стоимости всей древесины.

Роль древесных насаждений заключается не только в удержании пыли, поглощении углекислого газа, но и в замечательном качестве растений выделять в окружающую среду фитонциды биологически активные вещества, подавляющие рост и развитие болезнетворных микроорганизмов. Лесные полосы являются лучшим средством оптимального снегораспределения на полях. К сожалению, во многих регионах России, как и во всем мире, отмечаются увеличение скорости негативных изменений растительного покрова и снижение флористического разнообразия. От 8 до 21 % видов дикой флоры нуждается в защите.

Несмотря на прирост в последние годы лесопокрытой площади, качество леса ухудшается за счет уменьшения полноты и снижения возрастного состава насаждений.

Животный мир к возобновимым природным ресурсам. Он имеет большое значение для почвообразовательных процессов, участвует в формировании газового состава атмосферы, водного режима и растительного мира биосферы.

Науке известны две причины исчезновения животных: естественные процессы, обусловленные изменениями окружающей среды, и деятельность человека. Когда темпы изменения окружающей среды превосходят адаптационные способности видов, последние вымирают. Сейчас отмечается тенденция к обеднению фауны примерно на 10 % от мировой фауны.

Фаунистическое многообразие диких животных на территории России оценивалось на 1991 г. следующими показателями: насекомые до 80 тыс. видов, водные бсзпозвоночные до 12 тыс., пресноводные рыбы около 400, морские рыбы около 2400, земноводные 26, пресмыкающиеся 66, птицы 720, млекопитающие328 видов. Ныне отмечается тенденция к обеднению фауны, особенно в районах с высокой концентрацией промышленности и населения в среднем примерно на 10 % от мирового фаунистического разнообразия.

Климат. Климатическая среда является важным фактором, определяющим развитие различных видов живых организмов. Не меньшее значение имеет климат как для развития человеческого общества в целом, так для экономического развития отдельных стран.

Характерной особенностью России является то, что на большей части ее территории климат более холодный, чем в других странах. Для примера приведем средние значения температуры января в разных городах мира: Москва – -6,5С; Вашингтон – +2,2С; Нью-Йорк– +0,3С; Рим – +8,1С; Стокгольм – -2,3С; Париж – +4,2С. Стоит также отметить, что холодный период в нашей стране в среднем на 2-3 месяца длиннее, чем, например, в Европе.

49 % территории страны занимают вечномерзлые грунты. С точки зрения экологии климатические условия России наименее благоприятные: во-первых, повышенные расходы топлива для отопления приводят к дополнительному загрязнению воздушной среды в холодное время года, а, во-вторых, северные районы более чувствительны к загрязнению и менее устойчивы к внешним воздействиям.

Энергетическая среда как компонент среды обитания человека формируются под воздействием шума, вибрации, ультразвука, инфразвука, электромагнитных полей, ионизирующих излучений. Они могут быть естественного и искусственного происхождения.

Шумом являются любые звуки, выходящие за рамки звукового комфорта. Чаще всего это неупорядоченные звуковые колебания; но бывают и упорядоченные, мешающие восприятию нужных звуков либо вызывающие неприятное ощущение и повреждающие органы слуха. Уровни шума можно характеризовать интенсивностью звука. Шум измеряется в децибелах, слышимый диапазон в укладывается в 140 децибел.

Чем выше частота звука в области ультразвука и слышимого звука, тем тяжелее вынести шум. Особенно тяжело переносятся внезапные резкие звуки высокой частоты. Ухо человека воспринимает звуки с частотой 16-20000 Гц. Неслышимые человеком колебания с частотой менее 16 Гц инфразвук, а с частотой более 20000 Гц ультразвук и гиперзвук. Адаптация к шуму невозможна. С шумом 30-40 дБ ощущается легкий дискомфорт. 50-60 дБ негативно воздействует на нервную систему человека, особенно занятого умственным трудом (отвлекающее, раздражающее действие).

Вибрацией называют сложные колебания в механических системах, которые передаются через грунт и воспринимаются лишь при контакте с вибрирующим телом; при частоте 1-100 Гц они воспринимаются как сотрясения.

Основные источники вибрации технологическое оборудование ударного действия (молоты, прессы), мощные энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели), рельсовый транспорт. Вибрации распространяются по грунту и достигают фундаментов общественных и жилых зданий, часто вызывая и звуковые колебания, которые разрушающе действуют на конструкции и сооружения.

Электромагнитное загрязнение (по Н.Реймерсу) возникает в результате изменений электромагнитных свойств среды, приводящих к нарушениям работы электронных систем и изменениям в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах. Естественные изменения в электромагнитном фоне (при изменении солнечной активности, магнитных "бурях" и др.) называют электромагнитными аномалиями. В последнее время, в связи с широчайшим развитием электронных систем управления, передач, связи, электроэнергетических объектов на первый план вышло антропогенное электромагнитное загрязнение – создание искусственных электромагнитных полей (ЭМП). Их влияние на нашу жизнь многообразно, но недостаточно изучено.

Таким образом, электромагнитное загрязнение возникает в результате изменений электромагнитных свойств среды. В последнее время уделяется большое внимание искусственным электромагнитным полям (ЭМП), источником которых является радиопередающие устройства, электрифицированные транспортные средства, линии электропередач и др.

Ионизирующее излучение это вид излучения, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов. Несколько десятилетий назад оно исходило лишь от естественных источников радиоактивности. С началом использования ядерной энергии к естественному излучению прибавилась искусственная, обусловленная цивилизацией радиационная нагрузка. Воздействие ионизирующих излучений на живые организмы в зонах радиоактивного загрязнения может вызвать тяжелые поражения, в том числе генетические.

Основными видами ионизирующих излучений являются:

α лучи, тяжелые, положительно заряженные частицы, движущиеся со скоростью 107 м/с и поглощающиеся алюминиевой фольгой толщиной несколько микрон (миллионная часть метра). Этими частицами являются ядра гелия.

β – легкие, отрицательно заряженные частицы, двигающиеся со скоростью, близкой к скорости, и поглощаемые слоем алюминия толщиной 1мм. Этими частицами являются электроны.

γ лучи – сильно проникающее излучение, не отклоняющееся ни в электрическом, ни в магнитном полях. Природа γ лучей – жесткое э/м излучение, имеющее еще более короткую волну, чем рентгеновское излучение.

Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида в другой нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.

Главной характеристикой степени опасности ионизирующих излучений является доза излучения (порция энергии, переданная излучением веществу). Выделяют несколько групп доз. Например, экспозиционная доза – количество g-излучения, способного к ионизации сухого воздуха. Экспозиционная доза характеризует потенциальную опасность g-излучения. Поглощенная доза количество энергии любого вида излучения, поглощенное в единице массы вещества. Это физическая доза излучения.

Эквивалентная доза количество энергии любого вида излучения, поглощенное в единице массы вещества с учетом качества излучения. Это наиболее важная с точки зрения биологического эффекта доза. Она не может быть измерена, а должна быть рассчитана.

Проблема воздействия на природную среду и здоровье человека энергетической среды заслуживает самого пристального внимания.