71) .Основные компоненты окружающей среды. Свойства и показатели окружающей среды. Основные отрасли промышленности, оказывающие негативное влияние на окружающую среду.

Среди сложного комплекса физических компонентов окружающей среды можно выделить две группы, существенно различающиеся по своей роли в системе, — это природные и искусственно созданные человеком физические компоненты.

Среда обитания - природное окружение живого организма. Экологические факторы - важные для жизни организма компоненты окружающей среды

Перечни компонентов окружающей среды, описание которых необходимо для принятия решений, в целом зависят от типа намечаемой деятельности и ожидаемых воздействий. Примерные списки такого рода могут содержаться в ведомственных инструкциях или корпоративных руководствах крупных компаний. Важную роль при выяснении того, какие именно природные условия и компоненты окружающей среды необходимо описывать для данного типа проектов, может сыграть и анализ документации ранее выполненных ЭО. Описание факторов окружающей среды (метеопараметры, рельеф, гидрология, гидрохимия, почвы и т.д.) выполняется в их пространственно-временной изменчивости

Воздух как компонент окружающей среды служит непосредственным фактором жизни человека, с которым связана энергетика человеческого организма (дыхание). Воздух, как и водная среда, является наиболее уязвимым компонентом природной среды к техногенезу. Поэтому этот компонент играет важную роль в природной среде

Промышленность – главный загрязнитель окружающей среды, воздействующий на все сферы географической оболочки. Это объясняется тем, что промышленность в целом охватывает все стадии ресурсного цикла – и извлечение природного сырья, и его переработку, и получение конечного продукта, и возвращение в окружающую среду отходов производства, которые при современных технологиях обычно во много раз превосходят по объему полезно утилизируемые компоненты сырья.

По степени и характеру воздействия на окружающую среду отрасли промышленности различаются довольно существенно. Так, загрязнению атмосферы более всего способствуют теплоэнергетика, металлургия, коксохимия, нефтепереработка, производство цемента; загрязнению водной среды – химическая и нефтехимическая, деревообрабатывающая, металлургическая, угольная, мясо-молочная промышленность, нарушению и загрязнению земель – горнодобывающая промышленность, производство стройматериалов. Наряду с этим, как уже отмечалось, есть и такие «грязные» производства (энергетика, металлургия, основная и органическая химия, целлюлозно-бумажная промышленность, некоторые подотрасли пищевой промышленности), выбросы которых опасны для различных сфер географической оболочки, или, иными словами, для всего природного комплекса и соответственно для здоровья людей.

Энергетика принадлежит к числу отраслей, вызывающих загрязнение разных компонентов окружающей природной среды – и атмосферы, и гидросферы, и земельных угодий. Но при этом между отдельными ее подотраслями также есть существенные различия.

Наибольшие претензии в этом смысле можно предъявить к теплоэнергетике. Конденсационные тепловые электростанции, являющиеся основой электроэнергетики большинства стран и регионов мира, отрицательно воздействуют прежде всего на атмосферу. И это еще усугубляется тем, что КПД установок пока невысок и составляет 30–40 %.

В результате неполного сгорания органического топлива, окислительных процессов, содержания в топливе вредных примесей в атмосферу попадают оксид углерода (СО), диоксид углерода (С0₂), способствующие возникновению парникового эффекта, диоксид серы (S0₂) и оксиды азота, вызывающие кислотные дожди, другие соединения. Кроме того, при работе ТЭС образуется большое число аэрозолей, мелких частичек пыли. Можно добавить, что ТЭС и ТЭЦ приводят к сильному тепловому (термическому) загрязнению водоемов и водотоков, в которые сбрасывают подогретые воды, использованные для охлаждения агрегатов.

При этом все же многое зависит от топлива, на котором работают ТЭС. Наибольшую угрозу в этом смысле представляют собой ТЭС, работающие на угле, которые занимают первое место по размерам выбросов золы, пыли, СО, СО₂, NO_x и др. Подсчитано, что одна угольная ТЭС мощностью 1 млн кВт выбрасывает в атмосферу за год 1 млн т СО₂, 100 тыс. т SO₂, 30 тыс. т NO_x, а с ее сточными водами ежегодно поступают в водоемы десятки тонн органики, серной кислоты, хлоридов, фосфатов и сотни тонн взвешенных частиц. Все эти выбросы очень опасны для здоровья людей: они приводят к болезням сердца, эмфиземе, хроническому бронхиту, могут вызывать и раковые заболевания. Если учесть, что подобная ТЭС работает несколько десятилетий, то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана с тем отличием, что выбросы ТЭС не единовременны, а постоянны. Станции, работающие на мазуте, дают меньше вредных выбросов, а работающие на природном газе – еще на порядок меньше.

Атомную энергетику еще недавно характеризовали как самую экологически чистую. Действительно, при нормальной работе АЭС вероятность опасного радиоактивного загрязнения окружающей среды сравнительно невелика. Американскими специалистами в 1970-х гг. были проведены расчеты, согласно которым эта опасность была оценена так: один раз в миллион лет! Однако действительность опровергла подобные расчеты, о чем свидетельствуют аварии на АЭС, имевшие место и в Великобритании, и в США, и в СССР, кульминацией которых стала катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Она показала, к каким огромным материальным убыткам и к какой долговременной угрозе для здоровья населения может привести авария одного атомного реактора (который, впрочем, содержит в 1000 раз больше радиоактивного материала, чем атомная бомба, сброшенная в 1945 г. на Хиросиму).

Однако экологическую характеристику атомной энергетики было бы неправильно давать только на основе работы АЭС и даже случающихся на них время от времени нештатных ситуаций. При оценке ее возможных отрицательных воздействий на окружающую среду нужно учитывать все стадии ядерного топливного цикла (ЯТЦ), который включает добычу урановой руды и ее переработку в урановые концентраты; обогащение урана; изготовление тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов); выработку электрической и тепловой энергии на АЭС и АСТ (атомных станциях теплоснабжения); регенерацию отработанного ядерного топлива на радиохимических заводах; хранение, транспортирование и захоронение отходов; демонтаж атомных реакторов.

Опыт мировой атомной энергетики показывает, что при переработке ТВЭЛов образуется значительно больше жидких, твердых и газообразных радиоактивных отходов, чем непосредственно при работе АЭС. Еще более сложна проблема хранения, отработки и захоронения отходов – как слабо– и среднеактивных, так и в особенности высокоактивных. По оценке экспертов, к 2000 г. в мире уже накоплено более 200 тыс. т отработанного ядерного топлива (ОЯТ), которое представляет собой самый высокоактивный и опасный радиационный материал. С его утилизацией и регенерацией связано множество проблем. Неудивительно, что радиохимические заводы относят к числу наиболее экологически опасных.

Наконец, нельзя не учитывать и того, что АЭС рассчитаны примерно на 30 лет работы, после чего необходим их сложный и дорогостоящий демонтаж. Согласно данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), уже к 2000 г. нужно было вывести из эксплуатации более 60 действующих атомных реакторов на АЭС и 250 исследовательских реакторов. А до 2020 г. во всем мире предстоит снять с эксплуатации более 200 энергоблоков. Это значит, что придется захоранивать еще сотни тысяч тонн радиоактивных отходов. Следовательно, в перспективе спектр природоохранных проблем, связанных с атомной энергетикой, будет только расширяться.

Что касается гидроэлектростанций, то еще не так давно при их экологической характеристике акцент делали почти исключительно на словах «чистота» и «безвредность» (для окружающей среды). Действительно, в отличие от ТЭС и АЭС, ГЭС не загрязняют ни воздушный, ни водный бассейны. Однако сооружение их водохранилищ, особенно крупных, влечет за собой и некоторые негативные последствия. К ним относятся: затопление и изъятие из хозяйственного оборота земельных угодий; изменение гидрологического режима на прилегающих территориях, связанное в первую очередь с подъемом уровня грунтовых вод; изменение микроклимата; подтопление и разрушение берегов; активизация сейсмических явлений в горных районах. И это не говоря уже об опасности аварий на плотинах, которые вызывают залповые сбросы воды, и отрицательном влиянии плотин на рыбное хозяйство.

Наиболее яркий пример такого рода – создание крупных гидротехнических сооружений в бывшем СССР. Обычно с гордостью писали о том, что в стране создано более 4000 водохранилищ, что среди них 234 крупных, емкостью более 100 млн м³ каждое; в их числе самое крупное в мире долинное водохранилище – Братское, такие водохранилища, как Красноярское, Самарское, Рыбинское и др. Однако крупные водохранилища оказывают на окружающую среду и значительное отрицательное влияние. По данным А. Б. Авакяна, всего водохранилищами ГЭС в бывшем СССР было затоплено 8 млн га, в том числе 3 млн га сельскохозяйственных угодий, 3 млн га лесов и кустарников, 2 млн га прочих земель. Затоплению, подтоплению и переселению подверглись 160 городов, поселков городского типа и около 5000 сел и деревень. (Можно вспомнить повесть В. Распутина «Прощание с Матёрой».) Всего же из мест затопления пришлось переселить 1,1 млн человек, не считая тех, кто «добровольно» покинул родные места в результате ухудшения качества жизни. Сооружение плотин на равнинных реках приводит и к другим нарушениям экологического равновесия – способствует необратимым изменениям климата, почв, флоры и фауны, создает трудности для речного транспорта, лесосплава.

Горнодобывающая промышленность наиболее отрицательно воздействует на земельные (почвенные) ресурсы, да и шире – на литосферу. Но она влияет также на водную оболочку и атмосферу, а следовательно, на весь природный комплекс. Проявляется такое воздействие в разных формах: в нарушении земель в результате оседания поверхности; в загрязнении почв и горных пород, в изменении режима поверхностных и подземных вод и их химического состава; в запылении атмосферы.

При этом отдельные подотрасли горнодобывающей промышленности имеют свою специфику. Подземный (шахтный) способ добычи и скважинный способ с применением подземного выщелачивания в наибольшей мере сказываются на оседании земной поверхности, открытый (карьерный) способ ведет к изъятию земель и изменению водного режима, а также химического состава вод, к заболачиванию, образованию оползней, да и к загрязнению воздуха. Считается, что суммарный экологический ущерб от открытого способа добычи примерно в 10 раз больше, чем от подземного. К этому нужно добавить, что морская добыча нефти и газа на шельфе почти неизбежно приводит к загрязнению морских вод. За период эксплуатации одной буровой скважины в водную среду попадают десятки и даже сотни тонн нефти, буровых растворов и буровых выработок в виде песка, глины, других пород.

И все-таки наиболее велико воздействие горнодобывающей промышленности непосредственно на поверхность Земли, причем по двум направлениям. Во-первых, это изъятие из земной коры все больших объемов полезных ископаемых. Во-вторых, это возвращение в литосферу огромной, причем все время возрастающей массы твердых отходов, измеряемой уже десятками и сотнями миллионов тонн в год. В качестве конкретного примера такого рода нередко приводят о. Науру в Тихом океане. Здесь уже много десятилетий ведут добычу фосфоритов, в результате чего вся небольшая территория (20 км²) этого поистине «острова невезения» ныне занята карьерами и отвалами, так что пригодной для обитания человека остается только узкая прибрежная полоска земли.

Загрязнение окружающей среды связано и с обрабатывающей промышленностью. Она в основном воздействует на атмосферу и гидросферу. Это относится и к отраслям ее «нижних этажей» – черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающей, лесной, промышленности строительных материалов, и к отраслям «верхних этажей» – машиностроительной, химической и нефтехимической, пищевой промышленности. При этом каждая из них имеет свои особенности.

Черная металлургия – один из крупнейших загрязнителей окружающей среды твердыми, жидкими и газообразными отходами. При этом коксохимическое производство в наибольшей мере загрязняет воздушный бассейн сероуглеродом, углеводородами, цианидом, аммиаком, агломерационное – оксидом углерода и сернистым газом, доменное – пылевидными частицами, мартеновское – оксидами азота. Поэтому металлургические комбинаты полного цикла в районах своего размещения, как правило, выступают в роли главных загрязнителей атмосферы; примеры такого рода демонстрируют Россия, Украина, страны Западной Европы, Япония, Китай, Индия, США. Содержание канцерогенов в воздухе прилегающих к таким комбинатам районов обычно в семь-восемь раз выше, чем в удаленных от них. Сходное воздействие на окружающую среду оказывает и цветная металлургия. С той лишь разницей, что, перерабатывая гораздо более бедное сырье, она дает намного больше газообразных, жидких и твердых отходов из расчета на единицу продукции. Неудивительно, что места размещения крупных предприятий этой отрасли нередко являют собой зоны экологического бедствия.

Для химической промышленности характерно наибольшее разнообразие выбросов: сернокислотное производство «специализируется» на сернистом ангидриде, производство азотных удобрений – на оксидах азота, азотной кислоте, фосфорных – на фторе и его соединениях, производство соляной и серной кислот – на хлоре и его соединениях, производство продуктов органической химии – на углероде и его оксидах. С работой нефтеперегонных заводов связаны выбросы в атмосферу углеводородов, сернистых и азотистых соединений, фенолов.

Целлюлозно-бумажное производство прежде всего загрязняет водный бассейн своими сточными водами, которые содержат щелочи, кислоты, хлор, но и в воздух попадает сернистый ангидрид. Подсчитано, что целлюлозно-бумажный комбинат средней мощности выбрасывает в водоемы и водотоки не меньше вредных веществ, чем город с населением в 2,5 млн человек.

В машиностроительном производстве преобладают различные твердые отходы (металлы, пластмассы, древесина, картон, шлаки), но оно вносит свой вклад и в загрязнение водной среды сточными водами, а также в шумовое загрязнение. Промышленность строительных материалов, в особенности цементная, дает половину всех выбросов в атмосферу пыли и взвешенных частиц, а предприятия пищевой промышленности сбрасывают сточные воды, содержащие различные органические вещества.

Меры по охране окружающей среды от промышленных загрязнений можно подразделить на несколько групп. Во-первых, это меры по мониторингу, контролю за предельно допустимыми выбросами (ПДВ). Во-вторых, это меры по совершенствованию различного рода очистных сооружений, по переработке отходов, по рекультивации земель и т. п. В-третьих, это меры, связанные с радикальным усовершенствованием технологических процессов промышленного производства, направленные на сбережение топлива, сырья и воды и уменьшение вредных выбросов (бездоменная металлургия, оборотное водоснабжение и др.). В-четвертых, это организационно-структурные меры, например, постепенное сворачивание наиболее «грязной» угольной промышленности, предпринимаемое в ФРГ, во Франции, в Великобритании, а в перспективе также переход на использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии. В-пятых, это более рациональное размещение загрязняющих окружающую среду предприятий (например, вывод их из крупных городов и густонаселенных районов). В географической литературе осуществление подобных мер все чаще стали именовать экологизацией промышленного производства. А при оценке размещения предприятий наряду с трудовым, сырьевым, энергетическим, потребительским, транспортным и другими факторами все чаще стали учитывать и экологический фактор, связанный с учетом и прогнозом взаимоотношений между промышленным объектом и окружающей его средой.

Для России проблема «промышленность – окружающая среда» имеет особенно большое значение. Это объясняется преобладанием в структуре ее промышленности «грязных» производств, доставшейся в наследство от СССР гигантоманией, особенностями территориальной структуры промышленного производства. Отсюда вытекает задача рационализации теплоэнергетики, которая дает более 1/4 всех выбросов в атмосферу, и гидроэнергетики, основу которой составляют 40 ГЭС единичной мощностью более 100 тыс. кВт каждая. То же относится и к атомной энергетике – особенно с учетом размещения ее в густонаселенных районах, а также того, что уже к началу XXI в. закончился проектный срок эксплуатации ряда реакторов. Это же можно сказать и о горнодобывающей промышленности – ведь в стране отвалами разного рода уже занято 1,5 тыс. км² земель. И об обрабатывающей промышленности, на долю которой приходится основная часть выбросов в атмосферу и сточных вод. И все это – на фоне отставания технологий и не самого рационального размещения многих экологически опасных предприятий.

72) Земля – место существования живой материи. Происхождение жизни на Земле. Миграция химических веществ в окружающей среде. Формы химических биогенных элементов.

Живое вещество, как и вся материя Вселенной, состоит из атомов и молекул, для которых уже известны определенные законы поведения, в том числе на квантово-молекулярном уровне. В этом смысле при научном познании живого представляется вполне возможным применение физических представлений и моделей по исследованию развития природы и закономерностей процессов, проходящих в живом организме. По этому поводу советский физико-химик и биофизик М. В. Волькенштейн писал: «В биологии как в науке о живом возможны только два пути: либо признать невозможным объяснение жизни на основе физики и химии, либо такое объяснение возможно и его надо найти, в том числе на основе общих закономерностей, характеризующих строение и природу материи, вещества и поля».

По мнению многих исследователей, изучение проблем генетического кода, молекулярной природы наследственности и т. д. на заключительном этапе сводится к квантово-механическому объяснению всех этих явлений. В связи с этим следует отметить, что атомно-молекулярное толкование большинства явлений живого на сегодняшний день представляется наиболее верным. Вероятно, что живой и неживой природой управляют одни законы, однако механизм их проявления разный, что подтверждается синергетикой как наукой о неравновесных системах и самоорганизации.

Существование физических полей разной природы в живых организмах представляет значительный интерес. Это связано с одной стороны с раскрытием сущности физики живого, а с другой – с взаимодействием полей живых организмов с полями окружающей природной среды, обусловленными главным образом гелио– и геофизическими факторами. Эти взаимодействия обеспечивают живому организму необходимый ему объем информации в процессе жизнедеятельности. Функционирование всех систем живого организма динамично отражается в мозаике физических полей и излучений, исходящих из него, которые, в свою очередь, зависят от параметрических изменений естественных фоновых полей и излучений, окружающих живой организм.

Идентификация полей и излучений, например, человеческого организма сейчас широко используется в медицине для определения динамики различных физиологических процессов и выявления «неполадок» в функционировании определенных органов. Поэтому физические поля и излучения живого организма как бы есть своеобразное «табло» его физиологических процессов. Например, человеческий организм способен продуцировать инфракрасное излучение (ИК) и излучения сверхвысокой частоты (СВЧ), электромагнитные поля (ЭМП) и излучения (ЭМИ) и т. д. По существу, живой организм окружен биополем, под которым следует понимать присущую ему совокупность физических полей.

Электромагнитное взаимодействие обусловливается электрическими и магнитными зарядами. Электрический заряд всегда связан с элементарными частицами. Магнитные силы порождаются движением электрических зарядов, то есть электрическими токами. Согласно закону Кулона, сила электрического взаимодействия будет силой притяжения или отталкивания в зависимости от знаков взаимодействующих зарядов. Видимый свет, являющийся основой существования зеленых растений, синтезирующих органическое вещество на Земле, да и всего живого, является электромагнитным излучением определенного диапазона частот.

Согласно теории советского биохимика А. И. Опарина электромагнитные излучения Солнца и электрических разрядов явились энергетической основой абиогенного происхождения жизни. Именно с их помощью происходил процесс образования биомолекул: аминокислот, нуклиотидов, полисахаридов, белковых комплексов, а затем клетки как главной структуры живого.

Электромагнитные поля и электромагнитные излучения являются основными видами излучения для живых организмов. Почти все носители информации, воспринимаемые нашими органами чувств, имеют электромагнитную природу. Электромагнитные взаимодействия характеризуют структуру и поведение атомов, отвечают за связи между молекулами различных веществ, таким образом определяя химические и биологические явления.

Электромагнитные поля и излучения в живом организме связаны с возникновением, движением и взаимодействием электрических зарядов в процессе его онтогенеза. На клеточном уровне они возникают при работе митохондрий, на органном и организменном уровнях – при работе сердца и токе крови в сосудах, при нервных и мышечных сокращениях.

Электрические явления в живом организме характеризуются определенными последовательностями электрических импульсов и ритмами определенной характеристики, поскольку в каждом органе вырабатываются свои определенные, специфические электроколебательные процессы. Ритмичность и частота колебаний этих процессов зависят от степени активности организма (сон, бег, сильный стресс и т. д.). В свою очередь, активность физиологического состояния организма (например, человека) и его работоспособность также зависят от биоритмов и периодически меняются сообразно времени суток. Биологические ритмы как следствие эволюционного процесса проявляются на всех уровнях организации живой материи, начиная с клеток и заканчивая биосферой.

Ритмичность на уровне клеток живого организма определяется биохимическими колебательными процессами, связанными с движением ионов, необходимых для жизнедеятельности клетки (К⁺,Са²⁺ и др.), как вовнутрь клетки, так и из нее. Доказано, что общим регулятором внутриклеточных процессов являются ионы кальция. Именно они и их концентрация обеспечивают биологические ритмы клеток.

Ритмичность на уровне растительных организмов проявляется в годовом изменении темпов роста, суточном движении листьев; на уровне животных организмов в темпах двигательной активности, в колебаниях температуры, функционировании органов внутренней секреции, синтеза гормонов, белков, половой активности и т. д. Американский математик и кибернетик Н. Винер писал, что «именно ритмы головного мозга объясняют способность чувствовать время». Чем сложнее система, тем она обладает большим количеством биоритмов. Биоритмы определяют биологическое время и свойственны неравновесным самоорганизующимся живым системам.

Интенсивность физико-химических процессов в мембране и, следовательно, в самой клетке определяется величиной мембранного потенциала. Это значит, что энергия электрического поля в мембранах, подобно конденсаторам, играет важную роль в поддержании устойчивого/неустойчивого равновесия и рассматривается как резерв свободной энергии. Эта энергия, наряду с энергией АТФ (аденозинтрифосфат) и перекисного окисления липидов необходима живому организму для функционирования и развития.

Биохимические реакции в живом организме обусловлены биологическим током, возникающим при движении электронов и, в основном, ионов. При этом возрастает роль поляризации клеток и биополимерных молекул, роль структуры воды в процессах метаболизма. Изменения электрических свойств организмов связано с перераспределением в них электрических зарядов при их движении. Это же происходит и в потоке крови. Крови свойственны электропроводность и магнетизм. При ее движении по сосудам возникают электродинамические, электромагнитные и гидродинамические взаимодействия со стенками сосудов.

Следовательно, электромагнитные взаимодействия являются атрибутом существования живой материи на любом уровне ее организации. Живые организмы буквально плавают в море всевозможных физических полей – как внутренних, вырабатываемых самими организмами, так и внешних.

Теория эволюции       До настоящего времени в научной и общеобразовательной среде основной теорией возникновения жизни на Земле во всём её многообразии считалась теория эволюции. Эта теория возникла благодаря трудам семейства Дарвинов: врача, натуралиста и поэта Эразма Дарвина (1731-1802), предложившего теорию эволюции в 1790-е годы, и, особенно, его внука-естествоиспытателя Чарльза Дарвина (1809-1882), опубликовавшего в 1859 году свою теперь знаменитую книгу "О происхождении видов путём естественного отбора или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь".       Теория эволюции, которую часто называют Дарвиновской теорией или дарвинизмом, возникла не на пустом месте. Ко времени Дарвина общепризнанной стала космологическая теория Эммануила Канта, с его бесконечной в пространстве и во времени Вселенной, подчинённой законам механики, описанным Исааком Ньютоном. Кроме этого английский учёный Чарльз Лайель (1797-1875) подтвердил теорию так называемого униформизма, предложенную учёным 18 века Джейсоном Хаттоном (1726-1797), согласно которой Земля образовалась в течение миллионов лет в результате медленных и постепенных процессов, которые происходят и сегодня. Этот вывод Лайель обосновал в 3-х томах "Основы геологии", опубликованных в 1830-1833 годах.       Таким образом был создан фундамент теории эволюции, на котором Чарльз Дарвин создал стройное здание своей теории публикацией книг: "Происхождение видов", "Изменение домашних животных и культурных растений", "Происхождение человека и половой отбор" и других.

Дарвиновская теория       По Дарвину эволюция, т.е. история развития органического мира Земли, осуществляется в результате взаимодействия трёх основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного отбора. Благодаря этим факторам организмы в процессе развития накапливают всё новые приспособительные признаки, что в конечном итоге ведёт к образованию новых видов.       В поддержку теории Дарвина сразу же было предложено 2 аргумента: рудиментарные органы и теория эмбриональной рекапитуляции.       Так был составлен список из 180 человеческих рудиментов - органов, утративших своё назначение в процессе его развития из низших форм, т.е. органов которые человеку уже не нужны и их можно удалить. Однако по мере изучения этих рудиментов (например, аппендикса), учёные вычёркивали из списка орган за органом, пока не вычеркнули все. Спустя 100 лет физиологи не считают бесполезным ни один из человеческих органов.       Довольно скоро приказала долго жить и теория эмбриональной рекапитуляции, предложенная в 1868 году немецким зоологом Эрнстом Геккелем, сторонником и пропагандистом учения Дарвина. Эта теория основана на видимом сходстве эмбрионов человека и собаки в возрасте 4-х недель, а также наличием у человеческого эмбриона так называемых "жаберных щелей" и "хвоста".       На самом деле оказалось, что Геккель подделал иллюстрации (подретушировал их), за это учёный совет университета Иены признал Геккеля виновным в научном мошенничестве, а его теорию несостоятельной. Но в СССР, почти до его распада, в учебниках упорно приводились картинки эмбрионов, якобы подтверждающие теорию рекапитуляции, давно отвергнутую учёными-эмбриологами в остальном мире.

Роль случайных мутаций в эволюции       Несостоятельность этих аргументов в поддержку теории эволюции, выяснилась со временем, но ещё при создании теории Дарвин так и не сумел привести убедительных доказательств её истинности.       Действительно, естественный отбор, рекомбинация генов и мутации могут приводить к микроэволюционным изменениям организмов, т.е. изменениям внутри их видов.       Хотя касательно мутаций, т.е. внезапно возникающих стойких изменений наследственных структур, некоторые учёные даже этот вывод ставят под сомнение, на основании научно доказанного факта, что 99,99 % всех мутаций дают отклонения от нормы, уродства и даже летальный исход. А для эволюционных изменений необходима не одна, а множество одновременных безвредных мутаций, чтобы произошло полезное образование хотя бы одного нового органа или системы.       Лауреат Нобелевской премии Альберт Сен-Дьердьи утверждает: "вероятность улучшения жизни в результате случайной мутации равна нулю".       Можно считать такое утверждение спорным, хотя оно доказано экспериментально, но уж совсем бездоказательным является утверждение Дарвина и современных дарвинистов, что одни виды организмов произошли от других видов, высшие формы жизни произошли от низших. Это утверждение базируется исключительно на вере, так как учёные до настоящего времени никогда не наблюдали ни одного факта макроэволюции.

Древо жизни Геккеля       Вам наверное знакома картинка из учебника "древо жизни" Эрнста Геккеля, в основании которого находится амёба, а на ветвях расположились многоклеточные растения, беспозвоночные, рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие, обезьяна и на верхушке дерева - человек.       Так вот, это древо - только вводящий в заблуждение рисунок-фантазия. В действительности у этого древа нет ствола, так как нет жизненных форм, которые предшествовали бы ранним формам. Сразу возникают очень сложные формы жизни, например, скелетные организмы кембрийского периода. Нет у дерева и ветвей, так как нет переходных форм жизни. А согласно эволюционной теории должны существовать просто бесчисленные переходные формы от одного, более простого вида, к другому, более сложному.       И живые существа и окаменелости, которые палеонтологи находят в земной коре, должны предоставить многочисленные примеры переходных форм жизни, отсутствие которых беспокоило Дарвина, ибо являлось большой брешью даже не в стенах, а в самом фундаменте теории эволюции. В книге "Происхождение видов" этому вопросу он посвятил несколько глав: "Трудности, встречаемые теорией", "Возражения против теории", "О неполноте летописи окаменелостей". При этом Дарвин полагал, что по мере развития палеонтологии такие доказательства, в виде переходных форм, появятся во все возрастающих количествах.

Где же переходные формы жизни?       Прошло почти 140 лет после опубликования знаменитого труда Дарвина, в течение которых были обнаружены, описаны и систематизированы миллионы окаменелостей более чем 100 тысяч видов, но переходные формы от низших организмов к высшим не обнаружены и до настоящего времени. А те окаменелости, которые выдавались за переходные формы, оказались недостоверными: либо по ошибке либо из-за фальсификаций.       Например, считалось, что кистепёрая рыба (целакант) представляет собой переходную форму от рыб к земноводным и вымерла 60-90 млн. лет назад. Однако в 1939 году у побережья о. Мадагаскар был выловлен 1-й живой целакант, а затем и другие экземпляры. Таким образом целакант не является переходной формой.       Были найдены и многие другие, считавшиеся вымершими животные, например, лингула - маленькое морское животное, якобы вымершее 500 миллионов лет назад, живо и сегодня и как другие "живые ископаемые": солендон - землеройка, туатара - ящерица. За миллионы лет они не претерпели никаких эволюционных изменений.       Ещё один пример заблуждения это археоптерикс - существо, связующее птиц и пресмыкающихся, переходная форма на пути превращения рептилий в птиц. Но в 1977 году в штате Колорадо были обнаружены окаменелости птиц, возраст которых соизмерим и даже превышает возраст останков археоптерикса, т.е. он не является переходной формой.

Произошел ли человек от обезьяны?       Дарвин утверждал, что человек произошёл от обезьяны, но до настоящего времени нет ни одной достоверной переходной формы из большого их числа, которое должно быть согласно теории эволюции. Например, австралопитек (южная обезьяна, к этому виду относится и знаменитая Люси) не является переходной формой и не занимает промежуточного состояния между человекообразной обезьяной и человеком, так как отличается от них намного больше, чем человекообразная обезьяна отличается от человека.       Не является переходной формой и неандертальский человек, который по своим морфологическим параметрам почти не отличается от современного человека, а по образу существования неизмеримо превосходит человекообразных обезьян. Мнение современных антропологов: о неандертальцах - это расовая разновидность человека, об австралопитеках - это вымерший вид обезьян.

Ошибки и фальсификации       В поисках предков человека, наряду с недоразумениями, были допущены и крупные ошибки. Так называемый человек из Небраски, которого почти сто лет считали промежуточным звеном в процессе эволюции человека из обезьяны, был реконструирован из единственного зуба, который как выяснилось позднее, оказался зубом доныне существующей в Парагвае дикой свиньи.       Другой пример ошибки - рамапитек, реконструированный из куска челюстной кости, считался одним из предков человека до тех пор, пока учёные не признали, что этот кусок челюсти принадлежит орангутангу.       Были и другие ошибки палеонтологов и даже фальсификации. Такая, например, как созданный воображением Эрнста Геккеля питекантроп (обезьяночеловек не говорящий). Его изображение долгое время оставалось только картинкой, пока голландский врач Эжен Дюбуа, отправившийся в поисках питекантропа на остров Ява, не нашёл, а затем специально не подобрал соответствующие кости: бедренную кость человека, черепную крышку гиббона и два чьих-то зуба. Затем Дюбуа объявил, что нашёл кости питекантропа, утаив при этом ещё одну важную находку - два черепа обычных древних людей.       Такой же фальшивкой оказался и эоантроп (ранний человек), более известный как Пилтдаунский человек, обнаруженный в Великобритании в 1912 году и в 1953 году признанный сотрудниками Британского музея подлогом ( череп оказался древним, а челюсть - современной).       Подобная участь постигла и ещё одно "переходное звено" - синантропа или Пекинского человека, останки которого после многократных требований к Китаю о международной экспертной оценке, исчезли и с тех пор прошло уже более 50 лет.       Таким образом ни одной достоверной переходной формы, подтверждающей постепенную эволюцию от обезьяны к человеку не обнаружено. Более того, палеонтолог Ричард Лики нашёл в Африке останки древнего человека похожего на современного, но обнаружил его в породах намного более старых, чем породы, в которых находят так называемых "обезьяноподобных людей", а на самом деле просто крупных обезьян.

Признание Дарвина       Итак, нет окаменелостей, т.е. ни скелетов ни их частей, которые свидетельствовали бы, что человек развился из обезьяны. Но может человек является средоточием иных органов, возникших в результате эволюции, окаменелости которых нельзя обнаружить?       За ответом давайте обратимся к самому создателю теории эволюции Чарльзу Дарвину. В своей книге "Происхождение видов" он писал: "Предположение о том, что глаз со всеми непревзойдёнными приспособлениями для регулирования фокуса на различные расстояния, для приёма света различной силы и для корректировки сферических и хроматических отклонений мог сформироваться в результате эволюции кажется - я это искренне признаю - в высшей степени абсурдным".       Это утверждение Дарвина можно с полным основанием отнести не только к другим органам человека, например, мозгу или сердцу, но и к его первоэлементу - клетке, мельчайшему органу размером около 0,01 мм.       Я называю клетку органом не случайно, это огромный химический завод, микровселенная, содержащая триллионы молекул со сложнейшими связями и 40 тысячами функций. В этом заключается неразрешимая для материалистов проблема, которая называется проблемой несократимой сложности, так как из 40 тысяч функций клетки нельзя сократить ни одной, нельзя разорвать ни одной связи, иначе клетка погибнет.       Для сравнения: в космическом корабле "Викинг", который исследовал Марс, в 1 кубометре его напичканной электроникой объёма выполняется 1 тысяча функций, а в клетке человека - 40 тысяч, в объёме в один миллиард меньшем, при этом клетка сама себя воспроизводит! Совершенно невероятно, чтобы столь сложная, так точно настроенная структура возникла случайно.

Несостоятельность теории эволюции       Мы рассмотрели только часть теории эволюции ( вторую её часть), которая пытается объяснить как из одноклеточной формы жизни, например, бактерии или амёбы якобы путём случайных, статистических, естественных процессов отбора, рекомбинации генов и мутаций последовательно развивались всё более сложные формы вплоть до разумной жизни.       Но естественный отбор, вместе с неприспособленной к изменившимся условиям группой организмов, может только уничтожить какую-либо информацию и не способен создавать новую, так как не ведёт к возникновению новых свойств.       Практически не способны создавать принципиально новую полезную информацию ни рекомбинация генов ни мутации. Так как рекомбинация генов это только лишь перераспределение генетического материала родителей в потомстве, только "перетасовка" существующих генов, которая может привести только к внутривидовым изменениям, к так называемой микроэволюции.       Мутации, по крайней мере естественные, это довольно редкое явление изменений в структуре ДНК, вызываемое повреждением отдельных генов, их потерей, перемещением на другое место. Это "описки" или "опечатки", т.е. ошибки в молекулярном носителе информации, которые не улучшают его качества.       Ученым до сих пор не удалось продемонстрировать на практике как, благодаря мутациям, разрушаются межвидовые перегородки. До настоящего времени не зафиксирована ни одна однозначно полезная мутация. Итак мутации, как и рекомбинация генов и естественный отбор, не создают новых структур, а изменяют существующие.       Но если развитие организмов возможно только в пределах вида, тогда макроэволюция не происходит и теория эволюции неверна.       Теория эволюции не в состоянии объяснить каким образом развивались все более сложные формы жизни от одного вида к другому, от амёбы к человеку? Ведь этот путь должен сопровождаться многократным возрастанием информации, так как должны кодироваться в генах всё новые органы со всё более сложными скоординированными функциями. Сами по себе организмы, как мы видим, такую информацию породить не могут.

Миграция - это процесс перемещения химических элементов в пространстве и во времени, приводящий к их концентрации или рассеянию.

2.1.1. Среда миграции

Среда миграции может быть твёрдой (диффузия), жидкой (истинные и коллоидные растворы, расплавы, взвеси или суспензии) или газообразной (газовые смеси, взвеси, дымы – смесь газа и твердых частиц, аэрозоли, туманы – смесь газа и частиц жидкости, флюидизаты).

Поэтому давайте вспомним что представляют собой истинные и, особенно, коллоидные растворы, которые нередко возникают в гипергенных условиях. Кроме того, геохимия биосферы – это прежде всего геохимия реакций, происходящих в присутствии воды. Вы уже знаете из предыдущих лекций (лекция 3), что вода по целому ряду аномальных свойств никоим образом не может быть отнесена к обычным жидкостям.

Очень многие химические соединения хорошо растворимы в воде и миграция входящих в их состав элементов происходит в ионной форме (K, Na, Cl и др.), поэтому здесь необходимо особо остановиться на необычных свойствах воды как растворителя. Никакая другая жидкость не может сравниться с водой ни по числу веществ, которые могут в ней растворяться, ни по количеству вещества, которое она может удерживать в растворе. Объяснение этих замечательных свойств следует искать в структуре воды, о которой мы говорили ранее (лекция 3). Вы помните, что каждая молекула воды является миниатюрным диполем. Важным следствием дипольной природы молекул воды является ее очень высокая диэлектрическая постоянная – 80. Высокая диэлектрическая проницаемость как раз и объясняет активность воды как растворителя ионных соединений. Это связано с тем. Что силы притяжения ионов друг к другу уменьшаются пропорционально диэлектрической проницаемости среды, а растворение ионных соединений не что иное, как разрыв ионов, составляющих молекулу растворяемого вещества молекулами растворителя. В растворе катионы притягивают отрицательные полюсы ближайших диполей молекул воды, а анионы – положительные полюсы диполей. Этот процесс, как Вам известно из курса химии, называется гидратацией. Число молекул воды, окружающих каждый ион напрямую зависит не только от размеров этого иона, но и от плотности заряда на его поверхности. То есть гидратация иона возрастает с увеличением его заряда (Z) и убывает с увеличением его радиуса (r). Величина Z/r, называемая ионным потенциалом, определяет не только гидратацию данного иона, но и многие другие его свойства в водных растворах. По существу, ионные потенциалы являются мерой электроотрицательности, т.к. - чем меньше радиус положительного иона и чем больше его заряд, тем более ярко выражены кислотные свойства соответствующего окисла. И, наоборот, чем больше радиус и чем меньше заряд, тем сильнее соответствующее основание. Положительный заряд поверхности иона отталкивает протоны, входящие в состав молекул воды, координированных вокруг него. Если это отталкивание достаточно сильно, некоторые из протонов могут отрываться от молекул воды, в результате чего заряд центрального иона нейтрализуется образовавшимися гидроксильными группами. В результате – может выпадать в осадок нерастворимая гидроокись.

В истинных растворах элементы присутствуют либо в виде отдельных ионов, либо входят в состав растворимых комплексных ионов. Вам должно быть известно, что на растворимость тех или иных соединений существенно влияют и такие параметры природных вод как их общая минерализация, ионный состав, кислотность-щелочность, окислительно-восстановительный потенциал. Все эти рассмотренные нами геохимические параметры вод в первую очередь определяют миграцию химических элементов в ионной форме. Но в водной среде возможны и иные формы физико-химической миграции элементов. Одна из таких форм – миграция в коллоидных растворах.

Процесс образования истинных растворов достаточно подробно рассматривается в курсе химии, поэтому несколько подробнее остановимся на свойствах коллоидных систем, изучению которых уделяется явно недостаточное внимание в школьном курсе химии.

Коллоидным является такое состояние дисперсной системы, в которой размер диспергированных частиц колеблется приблизительно от 10-3 до 10-6 мм. Нельзя провести четкой границы между истинными и коллоидными растворами: коллоидные растворы, с одной стороны, переходят в истинные, а с другой – в суспензии. Степень их диспергированности такова, что частицы нельзя различить в световом микроскопе, но они крупнее молекул, т.е коллоидные частицы обычно мультимолекулярны (состоят из многих молекул). Коолоидные частицы (дисперсная фаза) разделены дисперсионной средой и в целом составляют коллоидную систему. Существует большое количество разнообразных типов коллоидных систем: твердое – газ (дымы), жидкость-газ (туманы), жидкость-жидкость (эмульсии), твердое-жидкость, т.е. коллоидные растворы (золи, гели и пасты). Жидкость в природныхз коллоидных системах обычно представлена водой.

Коллоидные растворы представляют собой жидкие системы, состоящие из жидкости и свободно (в процессе броуновского движения) передвигающихся в ней частичек дисперсной фазы – мицелл. Мицеллы – это не ионизированные атомы, и даже не отдельные недиссоциированные молекулы, а агрегаты из большого числа недиссоциированных молекул. С окружающей их жидкостью (дисперсионной средой) они имеют физические поверхности раздела. В зависимости от соотношения твердой и жидкой фаз коллоидные растворы подразделяются на золи, гели и пасты. Золи представляют собой системы, похожие по своим физическим свойствам на жидкости: они обладают большой текучестью и сравнительно небольшой вязкостью. Для гелей характерна повышенная вязкость. Пасты представляют собой системы, в которых концентрация твердых частиц столь высока, что они заполняют собой почти весь объем системы. Коллоидные растворы могут быть получены двумя способами: при дроблении более грубых частиц до коллоидных размеров или, напротив, путем объединения более мелких частиц (атомов, молекул или ионов). Большинство природных коллоидов, по-видимому, образуется вторым способом.

Есть обширная группа химических элементов, способность которых к миграции в ионной форме ограничена. Это так называемые элементы-гидролизанты – они в растворах легко вступают в реакции гидролиза и выпадают в осадок. Это Fe, Mn, Al, Ti, Sn, Zr, Cr, W, Mo и др. Большей частью они мигрируют в зоне гипергенеза в форме коллоидных растворов. Их растворимость в коллоидной форме в десятки, сотни, иногда и в тысячи раз превышает растворимость в форме истинных (ионных) растворов.

Коллоидные частицы электрически заряжены. Происхождение заряда двояко: либо адсорбция ионов из раствора, либо прямая ионизация вещества частицы. Некоторые коллоиды, например, гидроокись железа, заряжаются положительно или отрицательно в зависимости от среды, в которой они образуются. Для наиболее важных коллоидов характерен заряд:

• Положительные коллоиды – гидроокись алюминия, гидроокись трехвалентного железа, гидроокись хрома. Гидрат двуокиси тория, гидрат двуокиси титана, гидрат двуокиси циркония;

• Отрицательные коллоиды – кремнезем, гидроокись двухвалентного железа, гидрат пятиокиси ванадия, гидрат двуокиси марганца, гуминовые коллоиды, сульфидные золи.

Коллоидное состояние всегда метастабильно. Являясь гетерогенной системой, коллоидный раствор характеризуется агрегатной неустойчивостью. Им присуща тенденция к уменьшению свободной энергии мицелл, которая реализуется путём их слипания и укрупнения. Такой процесс называется коагуляцией коллоидного раствора. Результат коагуляции – выделение из коллоидного раствора в качестве самостоятельных фаз гелей (студенистых масс, в которых слипшиеся мицеллы образуют пространственную «сетку»). Далее может следовать постепенная потеря этими студенистыми массами содержащейся в них воды, «высыхание».

Причины, вызывающие ускорение процесса коагуляции, сложны и многообразны и могут быть связаны с любыми изменениями физико-химических параметров среды. Одной из наиболее распространённых причин коагуляции коллоидов в зоне гипергенеза является смешение коллоидных растворов с истинными, которые действуют на них как электролиты. Поэтому средой активной миграции коллоидов обычно являются слабо минерализованные поверхностные и грунтовые воды (пресные и ультрапресные), а зоной массового осаждения коллоидных частиц – устья рек, т.к. значительная часть коллоидов быстро коагулирует в морской воде. Область широчайшего распространения коллоидов – это почвы, где значительная часть минеральных веществ содержится именно в этой форме.

2.1.2. Факторы миграции

Факторы миграции подразделяются на внутренние и внешние.

Внутренние факторы миграции определяются строением атомов. От них зависит способность элементов давать летучие, растворимые или инертные формы. К ним относятся:

• электростатические свойства ионов:

  • ионный потенциал – отношение заряда иона к его радиусу,

  • энергетический коэффициент ионов);

• свойства связи соединений, включая строение кристаллической решетки (определяют способность соединения противостоять разрушению);

• химические свойства соединений (это уже с учётом условий среды – например, более высокой устойчивости кислородных соединений в большинстве гипергенных обстановок);

• гравитационные свойства атомов (проявляются при кристаллизации, седиментации, выветривании);

• радиоактивные свойства.

Внешние факторы миграции - ландшафтно-геохимические условия, определяющие поведение элементов в различных химических (окислительно-восстановительных, щёлочно-кислотных) обстановках:

• температура (в целом повышение ускоряет физико-химическую миграцию, а для некоторых видов миграции, например, биогенной, нужны определённые диапазоны температур);

• давление (повышение давления в равновесной системе приводит к изменению системы в сторону уменьшения объёма);

• степень электролитической диссоциации (зависит от соотношения свойств растворителя и растворяемого вещества, температуры раствора и его концентрации);

• концентрация водородных ионов, определяющая кислотность-щёлочность среды (pH);

• окислительно-восстановительный потенциал;

• поверхностные силы коллоидных систем (определяют масштабы селективной сорбционности);

• комплексы типоморфных ионов в почвах и водах (что такое типоморфные ионы – будет рассмотрено далее);

• геоморфологические факторы (рельеф);

• радиационные характеристики среды;

• жизнедеятельность организмов и техногенез – наиболее сложные по механизму влияния.

Результат миграции – это рассеяние и концентрация химических элементов.