Название темы №1: Введение

Цель лекции: Дать вводную часть к изучению дисциплины «Экология и устойчивое развитие»

Ключевые слова: предмет, методы, экологические проблемы, разделы, среда обитания, сфера, объект исследования.

Основные вопросы (положения) и краткое содержание:

Определение экологии как науки. Краткая история формирования и развития экологических знаний. Цели, задачи и методы экологии. Взаимосвязь экологии с другими науками. Роль экологии в решении практических задач. Определение «Устойчивое развитие» роль экологии в реализации концепции устойчивого развития.

Наука о взаимоотношении организмов с О.С. получила название «Экология» по предложению Э.Геккеля (1866 г

Среда окружающая (внешняя) – то, что находится в непосредственном взаимодействии с выделенной системой. О.С. биологических систем – это силы природы, ее вещество и пространство, находящиеся вне систем. Применительно к человеку это природная и социальная среда.

ЭКОЛОГИЯ (от греч. «ойкос» - дом, жилище и «логос» - учение) – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Предметом Э. является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в Э. – экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Общая экология изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включая человека как биолог-ое существо).

В составе общей Э. выделяют следующие основные разделы:

• аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой;

• популяционную (дем), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают как специальный раздел аутэкологии;

• синэкологию (биоценологию) – изучающую взаимоотношение популяций, сообществ и экоситем со средой.

Задачи экологии:

• разработка общей теории устойчивости экологических систем;

• изучение экологических механизмов адаптации к среде;

• исследование регуляции численности популяции;

• изучение биолог-го разнообразия и механизмов его поддержания;

• исследование продукционных процессов;

• исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

• моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Таким образом, экология становится одной из важнейших наук будущего и, «возможно , само существование человека на нашей планете будет зависеть от ее прогресса» (Ф. Дре, 1976).

Методы экологии:

Методическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования.

1. Методы регистрации и оценки состояния среды являются необходимой частью любого эколог-го исследования. К ним относятся метеорологические наблюдения; измерения температуры, прозрачности и химического состава воды; определение характеристик почвенной среды, измерение освещенности, радиационного фона и т.п. К этой же группе методов следует отнести мониторинг – периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством среды.

2. Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных лежат в основе изучения природных сообществ.

3. Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов составляют наиболее разнообразную группу методов экологии.

4. Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах составляют важную часть системной Э.

5. Методы математического моделирования приобретают все большее значение в Э. Потребность в них для целей управления и прогнозирования очень велика. Существуют близкие к реальным процессам математической модели техногенных эмиссий, распространения загрязнителей в атмосфере, самоочищения реки. Имитационное моделирование основано на применении современной вычислительной техники.

Многие ученые дают более детальную группировку методов экологии, представленная ниже:

Режимные систематические (мониторинговые) наблюдения за состоянием природных объектов и процессов и влияющими на них антропогенными (техногенными) факторами;

аналитические исследования природных и искусственных (техногенных) объектов;

исследования морфологических параметров природных объектов;

статистические методы оценки процессов и явлений;

дистанционные методы исследований и методы специальной картографии;

методы математического моделирования;

системный анализ;

методы социальной демографии;

паспортизация природных и искусственных объектов;

экологический менеджмент;

экологический аудит.

Как правило, в экологических исследованиях эти и другие применяемые методы исследований используются совместно или комплексиpуются.

Признаки и условия существования жизни

Жизнь, ее происхождение и развитие всегда, с древнейших времен волновали мысль человека. П.Кемп и К. Армс (1988) намечают 7 признаков живого организма:

1. Живые организмы характеризуются высокоупорядоченным строением. Химические вещества, из которых состоят живые, организмы сложны и обладают уровнями организации превышающими таковые у большинства веществ неживой (или косной) природы.

2. Живые организмы используют энергию окружающей их среды для поддержания и усиления своей высокой упорядоченности. Большая часть из них прямо или косвенно использует солнечную энергию. Зеленые растения используют эту энергию для синтеза питательных веществ, потребляемых как самими растениями, так и подавляющем большинством всех других организмов, обитающих на Земле.

3. Живые организмы активно реагируют на состояние окружающей среды и происходящие в ней изменения. Способность реагировать на внешние раздражения - универсальное свойство всех живых веществ.

4. Живые организмы развиваются. Рост, например, кристалла и рост органов любого живого существа принципиально отличны по структуре, сложности и многообразию свойств формирующихся органов.

5. Все живое размножается. Новые организмы возникают только в результате размножения других таких же организмов.

6. Каждому организму для того, чтобы выжить, развиваться и размножаться, необходима информация, заложенная в нем самом, в его генетическом аппарате, которая расщепляется и передается от каждого индивидуума к его потомкам. Генетический материал предопределяет возможные пределы развития организма, его структур, функций и реакции на окружающую его среду.

7. Живые организмы адаптированы к среде их обитания. Они сами и все их органы приспособлены своему образу жизни.

Каковы же условия этой внешней среды обитания, благоприятствующие возникновению, сохранению и развитию жизни?

Экология рассматривает пять таких условий, совокупность которых определяет эти возможности (Мамедов и Суравегина, 1966).

1. Достаточное количество кислорода и углекислого газа. А.С.Монин (1977) отмечает, что с биологической точки зрения критический уровень содержания свободного кислорода в атмосфере, при котором организмы переходят от анаэробного обмена веществ, к энергетически более эффективному окислению при дыхании, составляет около одной сотой от количества кислорода в современной атмосфере.

Стоит отметить, что в настоящее время всеми растениями мира продуцируется около 100-150 млрд.т. кислорода, примерно в равных долях на суше и в океанических пространствах. Почти весь он расходуется на дыхание животных, окисление органических остатков, вулканических газов и горных пород. Углекислый газ первоначально попадал в атмосферу и гидросферу земли из земных недр, с продуктами дегазации мантии, а затем - с вулканическими газами

2. Достаточное количество жидкой воды, недостаток которой встречается на земле лишь в Антарктиде, Гренландии, высокогорьях и экваториальных пустынях. История формирования земной гидросферы также достаточно интересна.

3. Определенный интервал благоприятных температур: не слишком низких для протекания биохимических реакций с участием ферментов и не слишком высоких, не более 1000 ° С, выше которых белок свертываются.

4. Необходимый минимум минеральных веществ в почвенном слое, доступных для освоения микроорганизмами и растениями.

5. Ограничение солености среды: при концентрации солей примерно в 10 раз выше чем морская вода, а ее соленость составляет в среднем 35 г/кг, жизнь в воде исчезает, подземные же воды лишены жизни при их минерализации свыше 270 г/л. К этим пяти условиям необходимо добавить:

6. Отсутствие загрязняющих веществ, которые по своим свойствам и концентрации превышают допустимые для биосферных объектов уровни.

Таковы, меняющиеся под влиянием человека, необходимые условия существования живого вещества Земли.

«Устойчивое развитие» и роль экологии в реализации концепции устойчивого развития

В июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась Конференция ООН по окружающей среде и развитию (ЮНСЕД), на которой было принято историческое решение об изменении курса развития всего мирового сообщества. Такое беспрецедентное решение глав правительств и лидеров 179 стран, собравшихся на ЮНСЕД, было обусловлено стремительно ухудшающейся глобальной экологической ситуацией и прогнозируемой на основе анализа ее динамики глобальной катастрофой, которая может разразиться уже в XXI в. и привести к гибели всего живого на планете.

ЮНСЕД продемонстрировала осознание пагубности традиционного пути развития, который был охарактеризован как неустойчивое развитие, чреватое кризисами, катастрофами, омницидом (гибелью всего живого). Переход на новую модель (стратегию) развития, получившую название модели устойчивого развития, представляется естественной реакцией мирового сообщества, стремящегося к своему выживанию и дальнейшему развитию.

На ЮНСЕД широко использовалось определение, приведенное в книге "Наше общее будущее": "Устойчивое развитие — это такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности".

Организация хозяйственной деятельности, не разрушающей биосферу, а ее сохраняющей, т.е. экологодопустимой, не выходящей за пределы несущей емкости экосистем, - одно из центральных направлений становления будущего устойчивого общества. Биосфера с этой точки зрения должна рассматриваться уже не только как кладовая и поставщик ресурсов, а как фундамент жизни, сохранение которого должно быть обязательным условием функционирования социально-экономической системы и ее отдельных элементов.

Процесс перехода к устойчивому развитию является глобальным, и отдельно взятая страна не может перейти на этот путь, пока другие страны будут оставаться в рамках старой модели развития. Вот почему важно использовать стихийно начавшийся процесс глобализации и направить прежде всего его экономическую, экологическую и социальную составляющие на реализацию целей устойчивого развития. Тем самым процесс глобализации, развертывающийся по инициативе постиндустриальных государств, транснациональных корпораций и всемирных организаций стал бы способствовать переходу мирового сообщества не к постиндустриальному, а к устойчивому будущему всей цивилизации.

В переходе к устойчивому развитию Россия имеет ряд особенностей (в первую очередь имеются в виду высокий интеллектуальный потенциал и наличие мало затронутых хозяйственной деятельностью территорий, составляющих более 60 % всей территории страны), благодаря которым она может сыграть роль лидера в переходе к новой цивилизационной модели развития. В настоящее время важно выйти из системного кризиса, обрести относительно стабильное и безопасное состояние, из которого можно наименее болезненно начать переход на траекторию устойчивого развития.

Как уже отмечалось, глубинная суть устойчивого развития заключается в сохранении и цивилизации, и биосферы. Представляется целесообразным особое внимание обратить на связь идей устойчивого развития и становления ноосферы. Ноосферная ориентация устойчивого развития выдвигает на первое место интеллектуально-духовные и рационально-информационные факторы и ресурсы, которые в отличие от материально-вещественных и природных ресурсов и факторов безграничны и создают основу для выживания и непрерывно долгого развития цивилизации.

Как правило, важные государственные решения, принимаются без учета обеспечения безопасности и в других сферах, и это обусловлено, прежде всего, неадекватным представлением о роли и месте безопасности в процессах развития. Чаще всего безопасность понимается как особая область деятельности, которая как бы дополняет основной вид деятельности, защищает его от внешних либо внутренних угроз и опасностей. Если мы принимаем принцип обеспечения безопасности через развитие, то это однозначно приводит к обеспечению безопасности именно через устойчивое развитие, и иной модели развития, где могла бы быть гарантирована безопасность, причем на длительное время, просто не существует.

ЮНСЕД связала развитие с охраной окружающей среды, а мы сейчас должны выйти на более широкую концепцию, связав развитие с безопасностью во всех сферах. Это означает, что сказанное выше относится не только к проблеме экологической безопасности, которой в обсуждаемом проекте стратегии отведено основное место, но и ко всем видам социально- экономической и иной деятельности, особенно если принимаются решения на государственном уровне (ведь государство как раз и является основным субъектом обеспечения безопасности личности, общества и самого государства). Таким образом, речь идет об одновременном обеспечении экономической эффективности и экономической безопасности, социальной справедливости и социальной безопасности, экологической безопасности и коэволюционного развития.

Реальный переход к устойчивому развитию начнется только тогда, когда на уровне государственного управления решения по обеспечению безопасности станут приниматься одновременно с решениями по основным видам деятельности. Устойчивое развитие - это не только системное единство экономических, социальных и экологических видов и аспектов деятельности, но и имманентная взаимосвязь развития и безопасности, это обеспечение безопасности через развитие и развитие через обеспечение безопасности.

В свете сказанного важно во всех разделах проекта обсуждаемой стратегии связать переход к устойчивому развитию с обеспечением национальной и других видов безопасности (как это сделано в отношении экологии и процесса экологизации). Это важно прежде всего для того, чтобы не поступили "как всегда" и, приняв стратегию, через некоторое время не стали разрабатывать стратегию ее защиты, т.е. ее безопасной реализации.

Переход к устойчивому развитию предполагает обеспечение безопасности во всех отношениях, а всеобщая безопасность, как уже отмечалось, также реализуется на пути устойчивого развития. Столь тесная взаимосвязь всеобщей (и глобальной) безопасности страны и мирового сообщества и устойчивого развития и определяет особенности дальнейшего человеческого существования. В качестве методологической основы подобного видения должны использоваться все средства исследования будущего, включая прогностические, футурологические, системные, ноосферные и другие подходы, определяющие специфику проблемы безопасности.

Безопасность - это некоторый инвариант существования и развития, который характерен для любой модели развития цивилизации. Даже в рамках модели неустойчивого развития необходимо добиться определенного уровня стабильности и безопасности, для того чтобы можно было осуществлять переход к стратегии устойчивого развития. В годовом докладе о работе ООН за 1999 г. "Предотвращение войн и бедствий: глобальный вызов растущих масштабов" Генеральный секретарь ООН отметил, что "справедливое и устойчивое развитие является одним из необходимых условий обеспечения безопасности, однако обеспечение минимальных стандартов безопасности, в свою очередь, является одной из предпосылок развития. Стремление решить одну задачу в отрыве от другой не имеет большого смысла".

Декларация принципов

Принцип 1. Человек имеет основное право на свободу, равенство и благоприятные условия жизни в окружающей среде, качество которой позволяет вести достойную и процветающую жизнь, и несет главную ответственность за охрану и улучшение окружающей среды на благо нынешнего и будущих поколений. В связи с этим политика поощрения или увековечения апартеида, расовой сегрегации, дискриминации, колониального и других форм угнетения и иностранного господства осуждается и должна быть прекращена.

Принцип 2. Природные ресурсы Земли, включая воздух, землю, флору и фауну, и особенно репрезентативные образцы естественных экосистем, должны быть сохранены на благо нынешнего и будущего поколений путем тщательного планирования и управления по мере необходимости.

Принцип 3. Способность Земли производить жизненно важные восполняемые ресурсы должна поддерживаться, а там, где это практически желательно и осуществимо, восстанавливаться и улучшаться.

Принцип 4. Человек несет особую ответственность за сохранение и разумное управление продуктами живой природы и ее среды, которые в настоящее время находятся под серьезной угрозой в связи с рядом неблагоприятных факторов. Поэтому в планировании экономического развития важное место должно уделяться сохранению природы, включая живую природу.

Принцип 5. Невосполняемые ресурсы Земли должны разрабатываться таким образом, чтобы обеспечивалась защита от истощения этих ресурсов в будущем и чтобы выгоды от их разработки получало все человечество. 

Принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

Закон минимума Ю.Либиха (1873):

1. выносливость организма определяется слабым звеном в цепи его экологических потребностей;

2. все условия среды, необходимые для поддержания жизни, имеют равную роль (закон равнозначности всех условий жизни), любой фактор может ограничивать возможности существования организма.

Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, была высказана Ю.Либихом. Те питательные вещества, которые необходимы растению, но находятся в минимальном количестве, и будут определять его развитие и рост. Тейлор расширил это положение, включив в него, помимо питательных веществ, и ряд других факторов, например температуру и время. В большинстве случаев, концепцию минимума применяют лишь к химическим веществам, а другие же факторы включают в "закон" толерантности. Таким образом, "закон" минимума – это лишь один аспект зависимости организмов от среды.

Для успешного применения данной концепции на практике к ней надо добавить два вспомогательных принципа:

1. Ограничительный принцип: закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния, т.е. когда приток вещества и энергии сбалансирован оттоком.

2. Принцип взаимодействия факторов: высокая концентрация или доступность некоторого вещества или действие другого (не минимального) фактора может изменять потребление минимального питательного вещества.

Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В.Шелфорд, сформулировавший "закон" толерантности. Ряд положений дополняет "закон" толерантности:

1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий диапазон в отношении другого.

2. Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространены.

3. Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то может сузиться и диапазон толерантности к другим экологическим факторам.

4. Период размножения является обычно критическим – в этот период многие факторы среды оказываются лимитирующими.

Диапазон между экологическим минимумом и экологическим максимумом составляет пределы толерантности.

Приставки стено- (узкий) и эври- (широкий) показывают относительную степень толерантности организмов к определенным факторам.

Экология как наука имеет 4 основополагающего закона, сформулированных в 1966 году американским экологом Барри Коммонером.

1. Все связано со всем. Заяц ест траву, рысь - зайца, но и заяц, и рысь преследуют одну цель - обеспечить свой организм веществом и, главное, энергией. Энергия в разных формах связывает все организмы на Земле друг с другом и со средой обитания. Почти вся энергия, за счёт которой существует всё живое на Земле, поступает на Землю в виде солнечного излучения. У разных групп организмов свои источники энергии и вещества. Что объединяет живые существа в лесу или на лугу - деревья, цветы, порхающих над ними бабочек? Гусеницы бабочек питаются листьями растений; бабочкам и шмелям необходим нектар, который дают им цветы, а семена у растений могут завязаться только после опыления цветов насекомыми. Словом, в природе всё ВЗАИМОСВЯЗАНО. Этот закон основан на принципе детерминизма. Вред, наносимый одному компоненту экосистемы, может привести к неблаго­приятным последствиям в масштабах всей экосистемы. Влияние на любую природную систему на Земле вызывает целый ряд эффектов, развитие которых трудно предвидеть.

2. Все должно куда-то деваться. Наш мир представляет собой замкнутое пространство. Все, что берется от природы ей же определенным способом возвращается вновь. Бытовые и производственные отходы, попадая в окружающую среду, не исчезают бесследно, а накапливаются, образуя масштабные свялки. Сейчас в промышленной экологии разработано правило так называемого жизненного цикла вещей: давая согласие на выпуск какого-то продукта, общество должно ясно представлять, что будет с ним в дальнейшем, где закончится его существование и что придётся делать с его «останками». Ответ всегда один и тот же: надо наладить производство таким образом, чтобы отходы и «останки» одного промышленного производства стали сырьём для другого. Всё, что производит промышленность, и используют люди, делится на три части:

1. Продукты долговременного пользования. Например, здания, дороги, мосты, линии связи и электропередач, холодильники, телевизоры, велосипеды, даже детские коляски.

2. Всё, что используется от года до десяти лет, например, одежда, обувь, предметы домашнего обихода, а также станки и оборудование на заводах.

3. Короткоживущие продукты, которыми пользуются в пределах одного года. Это, начиная от пищи и заканчивая электрическими лампочками.

Иначе говоря, всё, что называют продуктами, - это фактически, те же отходы, но только не сегодняшнего, а завтрашнего дня. Отходы бывают твёрдые, газообразные и жидкие. Больше всего влияют на здоровье человека газообразные отходы, которые отравляют воздух и воду.

3. Ничто не дается даром. Нельзя безвозмездно расходовать природные ресурсы. Все виды взаимодействия должны оцениваться экономически. Все что извлекается из экосистем должно обязательно компенсироваться. На протяжении всей истории человечества природа «мстила» людям за неправильное отношение к ней. Истощались запасы полезных ископаемых, сокращались леса, увеличивались пустыни. Трудно представить, что всё населенные пункты и промышленные объекты занимают меньше 3% площади Земли. Однако промышленность ста­ла изменять, то, что изменять никак нельзя - потоки энергии, круговорот веществ, химический состав биосферы. Миллионы автомобилей отравляют воздух, атомная промышленность насыщает атмосферу экологически опасными, сделанными человеком радиоактивными веществами. И невозможно предсказать, как проявятся через тысячи и миллионы лет практически вечные эти вещества. Человечеству может аукнуться загрязнения околоземного пространства космической промышленностью. Учёные должны думать и о том, что испачканные руки, уши и лицо можно вымыть, а загрязнённую Землю и воздух «отмыть» невозможно. Обязательным условием жизни на планете является поддержание равновесия между потребностями человека и возможностями природы. Каждая страна должна уделять этому большое внимание.

4. Природа знает лучше. Когда мы пытаемся «улучшить» природу, мы нарушаем ход естественных процессов. В большинстве случаев последствия преобразований делают среду обитания еще менее благоприятной для жизни. Даже техника, созданная людьми не всегда подчиняется человеку. Природные же системы «сконструированы» по правилам, «цели» и «законы» которых не совпадают с нашими. Любое явление природы не случайный набор «полезных» и «вредных» для людей Видов, их нельзя переставлять как детали «LEGO». Лес, поле, степь - всё это сложные системы, живущие по своим собственным законам, и отменить, их человеку не дано. Природные экологические системы (экосистемы) - это множество связей между разными видами жизни. Это можно сравнить с сетью или с гамаком. Если в сети разорвать одну ниточку, то связи не нарушатся. Поэтому здоровые леса и луга почти никогда значительно не страдают от морозов и засух, вредителей и болезней. Природные системы устойчивы. Надо находить способы хозяйствования и производства энергии, не нарушающие природные связи. К примеру, сейчас «ветряки» в Голландии и других странах вырабатывают электрическую энергию, не загрязняя природу.

Основные схемы, формулы и т.д., иллюстрирующие содержание:

Представлены на слайде.

Вопросы для самоконтроля:

1.Что такое экология и предмет ее изучения?

2. В чем состоят функциональные различия и задачи теоритической и прикладной экологии?

3.Опишите методы экологии и охарактеризуйте их.

4. Что устойчивое развитие и приведите примеры?

5. Опишите задачи экологии, признаки и условия для развития живого организма

Рекомендуемая литература:

Осн. литература: 2 (с.117-143), 6 (с.125-136)

Доп. литература: 11 (с.102-106), 15 (с.113-117), 20 (с.141-146)

Название темы №2: Основные разделы экологии

Цель лекции: Изучить особенности данного раздела и выявить основные определения

Ключевые слова: биом, вид, особь, популяция, отношения, среда, трофическая цепочка и т.д.

Основные вопросы (положения) и краткое содержание:

Организм. Экологические факторы. Закон Либиха и Шелфорда. Уровни организации живых систем. Популяция: численность, биомасса, возрастной и половой состав. Динамические характеристики: рождаемость, смертность, кривые выживания, скорость роста. Понятие о биоценозе, биогеоценозе и экосистеме. Основные формы межвидовых связей в экосистемах: А) нейтрализм, Б) комменсализм, В) протокооперация, Г) мутуализм, Д) хищничество, Е) паразитизм. Экологическая ниша. Трофическая структура биоценоза. Экологическая пирамида. Продуктивность экосистем

1. Организм и условия его обитания.

Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания.

Среда — это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания.

Среда обитания (жизни) – это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное воздействие. На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов или симбионтов.

Любое живое существо живет в сложном, постоянно меняющемся, мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответ­ствии с его изменениями.

Живые организмы существуют как открытые, подвижные системы, устойчивые, при притоке к ним энер­гии и информации из окружающей среды.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные сферы обитания, каждая из которых отличается совокупностью специфических факторов и элементов, воздействующих на организм.

Жизнь возникла и распространилась в водной среде. Впоследствии, с появлением фотосинтеза, а следовательно, и свободного кислорода сначала в воде, а затем и в атмосфере, живые организмы «вышли» на сушу, овладели воздушной средой, заселили почву.

С появлением биосферы как части оболочек Земли, населенной живыми организмами, она стала еще одной средой с определенным сочетанием специфических— биотических факторов, воздействующих, на организм.

Приспособление организмов к воздействию факторов окружающей среды называется адаптацией. Способность к адаптации — одно из важнейших свойств живого. Выживают только приспособленные организмы, приобретающие в процессе эволюции признаки, полезные, для жизни. Эти признаки закрепляются в поколениях благодаря способности организмов к размножению.

Адаптация к факторам среды проявляется на разных уровнях: клеточном, тканевом, органном, организменном, популяционном, популяционно-видовом, биоценотическом и глобальном, т. е. на уровне био­сферы в целом.

Экологический фактор — элемент среды обитания, способный оказывать прямое влияние на живой орга­низм хотя бы на одной из стадий индивидуального развития. Все экологические факторы условно делятся на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы — это всё возможные влияния, которые испытывает живой организм со стороны окружающих его живых существ.

Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние живых существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов —растениями, животными, микроорганизмами зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Например, растения в процессе фотосинтеза выделяют -кислород, необходимый для дыхания животных, а животные обеспечивают поступление в ат­мосферу углекислого газа, без которого растения нe могут осуществлять фотосинтез. Действие биотических факторов может быть как прямым, так и косвенным, выражаясь в изменении окружающей среды, например в изменении состава почвы под влиянием бактерий или изменения микроклимата в лесу. Окружающий органический мир -составная часть среды обитания для каждого живого существа.

Взаимные связи между отдельными видами организмов лежат в основе существования популяций биоценозов и биосферы в целом.

Абиотические факторы—это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы, естественный радиационный фон Земли, рельеф местности и др. Важнейшим абиотическим фактором является солнечное излучение от которого зависит фотосинтез, создание биомассы растениями, от наличия которой за­висит жизнь на Земле.

Вода также является важным абиотическим фактором. Для нормальной жизнедеятельности растений и животных должен постоянно поддерживаться баланс между потреблением воды и ее испарением.

Антропогенные — это факторы, обусловленные воздействием человека на природу.

Деятельность человека на планете следует выделять в особую силу, оказывающую на природу как прямое, так и косвенное воздействие. К Прямому воздействию относят потребление, размножение и расселение человеком как отдельных видов животных и растений; так и создание целых биоценозов. Косвенное воздействие осуществляется путем изменения среды обитания организмов: климата, режима рек, состояния земель и др. По мере роста народонаселения и технической вооруженности человечества удельный вес антропогейных экологических факторов неуклонно возрастает.

Экологические факторы изменчивы во времени и пространстве. Некоторые факторы среды остаются относительно постоянными на протяжений длительных периодов времени в эволюции видов. Например, сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана. Большинство экологических факторов — температура воздуха, влажность, скорость движения воздуха очень изменчивы в пространстве и во времени.

Однако лишь некоторые из экологических факторов являются жизненно важными. Такие факторы называются лимитирующими или ограничивающими.

Отсутствие этих факторов или их концентрация выше или ниже критических уровней делает невозможным освоением среды особями определенного вида. Ограничивающие факторы определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной. Так продвижение растений на север ограничивается недостатком тепла, продвижение растений на юг — недостатком влаги. Ограничивающими могут быть и биотические факторы, например занятость территории более сильным конкурентом или отсутствие опылителей растений.

В соответствии с этим, для каждого экологического вида существует оптимум экологического фактора и пределы выносливости.

Величина экологического фактора, наиболее благоприятная для существования и развития вида, называется оптимумом.

Как недостаточное, так и. избыточное значение фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы. Максимально и минимально переносимые значения фактора это критические точки, за пределами которых невозможно существование вида.

Виды, переживающие значительные отклонения факторов от оптимальной величины, называются широко приспособленными или эвритопными.

Виды, переживающие лишь незначительные отклонения экологических факторов от оптимальной величины, называются узкоприепособленными или стенотопными. Пределы выносливости между критическими точка­ми называют экологической валентностью. Другими словами, экологическая валентность характеризует спо­собность, видов осваивать разные среды обитания.

Степень выносливости, критические точки, зона оптимума не совпадают для отдельных особей даже одного вида. Это определяется изменчивостью (наследственной и модификационной), половыми, возрастными и физиологическими различиями особей, т. е. экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности особей.

В.И. Вернадский в первой половине XX века предсказывал развитие биосферы в ноосферу-сферу разума. Определяя сегодняшний этап, в развитии биосферы и человеческого общества, можно сказать, что технологические и антропогенные процессы играют все возрастающую роль.

Само присутствие и процветание организма в данном местообитании зависят от целого комплекса условий. Отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Всякое условие, которое приближается к пределам толерантности или выходит за эти пределы, называется лимитирующим условием или лимитирующим фактором.

Популяцией называют совокупность организмов одного вида, живущих на одной территории длительное время и свободно скрещивающихся между собой. Популяция – наименьшая экологическая единица вида. Динамика и устойчивость всех популяций, включая человеческую, подчиняются законам экологии.

Слово популяция происходит от латинского популюс – народ, население. Экологическую популяцию, таким образом, можно определить как население одного вида на определенной территории.

Поддержание оптимальной в данных условиях численности называют гомеостазом популяции.

Гомеостатические возможности популяций по-разному выражены у различных видов. Осуществляются они также через взаимоотношения особей.

Таким образом, популяции как групповые объединения обладают рядом специфических свойств, которые не присущ каждой отдельно взятой особи. Групповые особенности – это основные характеристики популяций. К ним относятся: 1) численность – общее количество особей на выделяемой территории; 2) плотность – среднее число особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства; 3) рождаемость – число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения; 4) смертность – показатель, отражающий количество погибших в популяции особей за определенный отрезок времени; 5) прирост популяции – разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть как положительным, так и отрицательным; 6) темп роста – средний прирост за единицу времени.

Популяции свойственна определенная организация. Распределение особей по территории, соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают структуру популяции. Она формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, а с другой – под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов. Структура популяций имеет, следовательно, приспособительный характер. Разные популяции одного вида обладают как сходными особенностями структуры, так и отличительными, характеризующими специфику экологических условий в местах их обитания.

Таким образом, кроме адаптивных возможностей отдельных особей население вида на определенной территории характеризуется еще и приспособительными чертами групповой организации, которые являются свойствами популяции как индивидуальной системы. Адаптивные возможности вида в целом как системы популяций значительно шире приспособительных особенностей каждой конкретной особи.

Понятие о биоценозе, биогеоценозе и экосистеме

Одно из главных направлений экологических исследований – это изучение сообществ растений и животных, их описание, классификация и анализ взаимосвязей образующих их организмов. Термин «экосистема», тоже часто используемый экологами, обозначает сообщество в совокупности с условиями его существования, т.е. с неживыми (физическими) компонентами окружающей среды или Экосистема - это совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом, образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений, т.е. природные единицы, в которые входят комплекс организмов и весь комплекс физических факторов - факторы обитания в самом широком смысле.

Для экосистемы характерен обмен веществ не только между организмами, но и между органическими и неорганическими объектами. Экосистема - это исторически сложившаяся информационно - саморазвивающаяся термодинамически открытая совокупность биотических экологических компонентов и абиотических источников веществ и энергии, единство и функционально-следственная связь которых в пределах характерного участка биосферы, времени и пространства обеспечивает превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества и энергии и информации над внешним обменом и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого, имеющего определенные физико-химические черты, под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих.

Живую компоненту экосистемы составляет биоценоз – совокупность живых организмов в пределах биотопа (территории экосистемы), связанных в процессе жизнедеятельности. Биоценоз существует за счет потока энергии, который направлен по цепочке - продуценты (организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. Фототрофы – за счет световой энергии; хемотрофы – за счет химической энергии) – консументы (существующие за счет энергии органического вещества синтезированного продуцентами) – редуценты (также существующие за счет энергии органического вещества, синтезированного продуцентами, но разлагающими его до неорганических составляющих).

Экосистема также характеризуется круговоротом веществ. Наиболее важные из них – биогенные элементы.

По типу:

- естественные;

- антропогенные (агроэкосистемы, города);

- упрощенные (космического корабля, аквариум);

Среди различных типов взаимосвязей внутри сообщества важное место занимают т.н. пищевые, или трофические, цепи, т.е. те последовательности разных видов организмов, по которым вещество и энергия передаются с уровня на уровень, поскольку одни организмы поедают другие. Примером простейшей пищевой цепи может служить ряд «растения – мыши – хищные птицы». Почти в каждом сообществе существует набор взаимосвязанных пищевых цепей, образующих единую пищевую сеть.

Основой всех пищевых цепей и, соответственно, пищевой сети в целом являются зеленые растения. Используя энергию Солнца, они образуют сложные органические вещества из диоксида углерода и воды. Именно поэтому экологи называют зеленые растения продуцентами, или автотрофами (т.е. себя питающими). В отличие от них, консументы (или гетеротрофы), к которым относятся все животные и некоторые растения, не способны производить для себя питательные вещества и, чтобы восполнять энергетические затраты, должны использовать в пищу другие организмы.

В свою очередь среди консументов выделяют группу травоядных (или «первичных консументов»), питающихся непосредственно растениями. Травоядные могут быть и очень крупными животными, как слон или олень, и очень мелкими, как многие насекомые. Хищники, или «вторичные консументы», – это животные, поедающие травоядных и таким опосредованным способом получающие энергию, запасенную в растениях. Многие животные в одних пищевых цепях выступают как первичные консументы, а в других – как вторичные; поскольку они могут потреблять как растительную, так и животную пищу, их называют всеядными. В некоторых сообществах присутствуют и т. н. третичные консументы (например, лисица), т.е. хищники, поедающие других хищников.

Другое важное звено пищевой цепи – это редуценты (или деструкторы). К ним относятся главным образом бактерии и грибы, а также некоторые животные, например дождевые черви, потребляющие органическое вещество отмерших растений и животных.

В результате деятельности редуцентов образуются простые неорганические вещества, которые, попадая в воздух, почву или воду, снова становятся доступными для растений.

Таким образом, химические элементы и их различные соединения находятся в постоянном круговороте, переходя от организмов к абиотическим компонентам среды и затем вновь в организмы.

Отдельное звено определенной пищевой цепи обычно называют экологической нишей. Одна и та же ниша в различных частях света или различных средах обитания нередко бывает занята в чем-то сходными, но не родственными животными.

Например, существуют ниши первичных консументов и крупных хищников. Последняя может быть представлена в одном сообществе дельфином касаткой, в другом – львом, а в третьем – крокодилом. Если обратиться к геологическому прошлому, можно привести довольно длинный список животных, когда-то занимавших экологическую нишу крупных хищников.

Основу возникновения и существования биоценозов представляют отношения организмов, их связи, в которые они вступают друг с другом, населяя один и тот же биотоп. Эти связи определяют основные условия жизни видов в сообществе, возможности добывания пищи и завоевания нового про­странства.

0 0 Нейтрализм – сожительство двух видов на одной территории, не имеющее для них ни положительных, ни отрицательных последствий. Например, белки и лоси не оказывают друг на друга значительных воздействий.

+ + Протокооперация – взаимовыгодное, но не обязательное сосуществование организмов, пользу из которого извлекают все участники. Например, раки-отшельники и актинии. На раковине рака может поселяться коралловый полип актиния, который имеет стрекательные клетки, выделяющие яд. Актиния защищает рака от хищных рыб, а рак-отшельник, переме­щаясь, способствует распространению актиний и увеличению их кормового пространства.

+ + Мутуализм – взаимовыгодное сожительство, когда либо один из партнеров, либо оба не могут существовать без сожителя. Классический пример симбиотических отношений – лишайники, представляющие тесное сожительство гриба и водоросли. Гриб получает вещества, ассимилированные водорослями. Воду и минеральные вещества водоросли получают из гиф гриба.

+ 0 Комменсализм – взаимоотношения, при которых один из партнеров получает пользу от сожительства, а другому присутствие первого безразлично. Различают две формы комменсализма: синойкия (квартирантство) и трофобиоз (нахлебничество). Примером синойкии являются взаимоотношения некоторых актиний и тропических рыбок. Тропические рыбки укрываются от нападения хищников среди щупалец актиний, которые имеют стрекательные клетки. Примером трофобиоза служат взаимоотношения крупных хищников и падалыциков. Падальщики, например гиены, грифы, шакалы, питаются ос­татками жертв, убитых и частично съеденных крупными хищниками – львами.

+ – Хищничество – взаимоотношения, при которых один из участников (хищник) умерщвляет другого (жертва) и использует его в качестве пищи. Например, волки и зайцы. Частным случаем хищничества является каннибализм – умерщвление и поедание себе подобных. Встречается, например, у крыс, бурых медведей, человека.

+ – Паразитизм – взаимоотношения, при которых паразит не убивает своего хозяина, а длительное время использует его как среду обитания и источник пищи. К паразитам относятся: вирусы, патогенные бактерии, грибы, простейшие, паразитические черви и др. Различают облигатных и факультативных паразитов. Облигатные паразиты ведут исключительно пара­зитический образ жизни и вне организма хозяина либо погибают, либо находятся в неактивном состоянии (вирусы). Факультативные паразиты ведут паразитический образ жизни, но в случае необходимости могут нормально жить во внешней среде, вне организма хозяина (патогенные грибы и бактерии).

– – Конкуренция – взаимоотношения, при которых организмы соперничают друг с другом за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних. Организмы могут конкурировать за пищевые ресурсы, полового партнера, убежище, свет и т.д. Различают прямую и косвенную, межвидовую и внутривидовую конкуренции.

Косвенная (пассивная) конкуренция – потребление ресурсов среды, необходимых обоим видам. Прямая (активная) конкуренция – подавление одного вида другим.

Внутривидовая конкуренция – это соперничество между особями одного вида, межвидовая – между особями разных видов.

Конкуренция приводит к естественному отбору в направлении увеличения экологических различий между конкурирующими видами и образованию ими разных экологических ниш.

0 – Аменсализм – взаимоотношения, при которых один организм воздействует на другой и подавляет его жизнедеятельность, а сам не испытывает никаких отрицательных влияний со стороны подавляемого. Например, ель и растения нижнего яруса. Плотная крона ели препятствует проникновению солнечных лучей под полог леса и подавляет развитие растений нижнего яруса. Частным случаем аменсализма является аллелопатия (антибиоз) – влияние одного организма на другой, при котором во внешнюю среду выделяются продукты жизнедеятельности одного организма, отравляя ее и делая непригодной для жизни другого. Аллелопатия распространена у растений, грибов, бактерий. Например, гриб-пеницилл продуцирует вещества, подавляющие жизнедеятельность бактерий. Пеницилл используют для получения пенициллина. Это первый открытый в медицине антибиотик.

Биоценоз — взаимосвязанная совокупность организмов — продуцентов, консументов и редуцентов, населяющая более или менее однородный участок суши или водной среды.

Сообщество — совокупность взаимосвязанных особей, взаимосвязанных видов в пределах какого-то пространства.

Основные свойства экосистем — ее способности:

- осуществлять круговорот веществ в среде обитания;

- противостоять внешним воздействиям;

- производить биологическую продукцию.

Под средой обитания обычно понимают природные тела и явления передачи материи, энергии, информации, с которыми организмы находятся в прямых или косвенных взаимоотношения"

Различают понятия «окружающая среда» и «природная среда»; Окружающая среда — среда, существенно измененная человеком Природная среда — среда, мал отмененная человеком.

Можно выделить следующие основные составляющие окружающей среды, среды обитания и производственной деятельности человека: воздушная среда, водная среда (гидросфера), животный мир, растительный мир, почва (природное образование, характеризующееся плодородием), недра (верхняя часть земной коры, пределах которой возможна добыча полезных ископаемых), климатическая, электромагнитная и акустическая среды. Наиболее уязвимыми составляющими, без которых невозможно существование человека и которым наносится наибольший ущерб человеческой деятельностью, связанной с развитием промышленности и урбанизацией, являются воздушная среда и гидросфера. Их загрязнение наносит также серьезный вред природе (совокупности есте­ственных условий существования человеческого общества).

Для поддержания круговорота веществ в системе необходимо наличие:

1) запаса неорганических молекул в усвояемой форме;

2) трех функционально различных экологических групп организмов — продуцентов, консументов и редуцентов.

Другие классификации обращают внимание на иные аспекты биотических отношений, используя другие подходы. По классификации В. Н. Беклемишева, прямые и косвен­ные межвидовые отношения по тому значению, которое они могут иметь в биоценозе, подразделяются на 4 типа:

Трофические связи возникают между видами, когда один вид питается другим: живыми особями, мертвыми остатками, продуктами жизнедеятельности. Трофическая связь может быть прямой и косвенной. Прямая связь проявляется при питании львов живыми антилопами, гиен трупами зебр, жуков-навозников пометом крупных копытных и т.д. Косвенная связь возникает при конкуренции разных видов за один пищевой ресурс.

Топические связи проявляются в изменении одним видом условий обитания другого вида. Например, под хвойным лесом, как правило, отсутствует травянистый покров.

Форические связи возникают, когда один вид участвует в распространении другого вида. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называется зоохория, а мелких особей – форезия.

Фабрические связи заключаются в том, что один вид использует для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида. Например, птицы используют для постройки гнезд ветви деревьев, шерсть млекопитающих, траву, листья, пух и перья других видов птиц т. п. Личинки ручейников строят домики из кусочков ветвей, коры или листьев растений, из раковин мелких видов катушек, захватывая даже раковинки с живыми моллюсками.

Саморегулирование рассматривается, как способность систем без вмешательства извне поддерживать свое состояние, несмотря на изменение внешних факторов (например, сохранение биогеоценозом одного уровня продуктивности в разные по погодным условиям годы). Саморегулирование осуществляется до тех пор, пока процессы, протекающие в природной системе, способны нейтрализовать нежелательные воздействия.

Адаптации – различные приспособления к среде обитания, выработавшиеся у организмов в процессе эволюции. Адаптации проявляются на разных уровнях организации живой материи: от молекулярного до биоценотического. Способность к адаптации – одно из основных свойств живой материи, обеспечивающее возможность ее существования. Адаптации раз­виваются под действием трех основных факторов: наследственность, изменчивость и естественный (а также искусственный) отбор.

Основные механизмы адаптации на уровне организма:

Морфо-анатомические адаптации – изменения в строении организма (например, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды, яркая окраска цветков для привлечения опылителей и др.). Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм.

Физиологические адаптации – изменения в физиологии организма (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира, наличие целлюлозоразрушающих ферментов у целлюлозоразрушающих бактерий и др.).

Этологические (поведенческие) адаптации – изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период, брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения и др.). Этологические адаптации характерны для животных.

Основные схемы, формулы и т.д., иллюстрирующие содержание: в тексте имеются некоторые схемы и таблицы.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое симбиоз?

2. Чем отличается аменсализм от комменсализма?

3. Каковы особенности внутривидовых отношений?

4. Какие экосистемы бывают?

5. Что такое сукцессия?

6. Что такое гомеостаз?

Рекомендуемая литература:

Осн. литература: 5 (с.17-23), 8 (с.25-36),

Доп. литература: 11 (с.15-31), 12 (с.8-12), 14 (с.42-45), 17 (с.212-221)

Название темы №3: Биосфера и устойчивость

Цель лекции: Определение значения живой оболочки Земли

Ключевые слова: стратосфера, мезосфера, ионосфера, оргон, озон, парниковые газы, кислотные дожди и т.д.

Основные вопросы (положения) и краткое содержание:

Учение В.И. Вернадского о бисофере и ноосфере. Категории веществ в биосфере, функции биосферы. Уровни организации живой материи. Круговорот веществ в биосфере. Глобальные биогеохимические циклы.

Категории веществ в биосфере

Согласно учению Вернадского В.И. биосфера состоит из нескольких компонентов.

1. Живое вещество – совокупность живых организмов, населяющих планету Земля. Живое вещество или биотические компоненты биосферы включают в себя растения, животных и микроорганизмов. Суммарная масса живых организмов (биомасса) оценивается в ~ 2,42 ∙1012 т, ~ 97 % которых составляют растения, ~ 3 % – животные.

2. Косное вещество – неживое вещество, образованное процессами, в которых живое вещество участия не принимало (магматические породы).

3. Биокосное вещество – структура из живого и косного вещества, которая создается одновременно косными процессами и живыми организмами. Примером является почва, состоящая на 93 % из минеральных, косных веществ, на 7 % - из живых и биогенных веществ.

4. Биогенное вещество – вещество, которое возникло в результате разложения остатков живых организмов, но еще не полностью минерализовано (нефть, торф, уголь и др.)

5. Радиоактивное вещество

6. Вещество космического происхождения (метеориты)

7. Рассеянные атомы

Все эти семь различных категорий веществ геологически связаны между собой.

Сущность учения Вернадского В.И.

Вернадский обосновал важнейшие представления о формах превращения вещества, путях биогенной миграции атомов (т.е. миграции химических элементов при участии живого вещества), о движущих факторах эволюции.

Главнейшие аспекты учения Вернадского:

1. Представление о планетарной геохимической роли живого вещества. Живое вещество преобразует облик планеты. Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

2. Представление об организованности биосферы, являющейся продуктом сложного превращения вещественно-энергетического и информационного потоков живым веществом за время геологической истории Земли. Организованность проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды.

Классификация живого вещества по характеру питания (по трофическому статусу) В любой экологической системе живое вещество по характеру питания или по трофическому статусу представлено двумя группами организмов: автотрофами и гетеротрофами.

Биосфера - глобальная экологическая система планеты, включающая в себя все живые организмы вместе со средой их обитания.

Биосфера представляет собой совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их влиянием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Организмы делят на пять больших царств:

1. Монеры, или бактерии – одноклеточные организмы, клетки которых имеют простое строение.

2. Протисты – одноклеточные организмы с более сложной структурой.

3. Растения – автотрофные (питающиеся неорганическими веществами) организмы, для которых характерны способность к фотосинтезу и наличие плотных клеточных оболочек, состоящих, как правило, из целлюлозы; запасным веществом обычно служит крахмал.

4. Животные – гетеротрофные (питающиеся готовыми органическими веществами) организмы, не способны к фотосинтезу и, как правило, не имеют плотных клеточных оболочек; запасным веществом обычно служит гликоген. Отсутствие резкой границы между растениями и животными является следствием их общего происхождения, что подтверждается принципиальным единством путей обмена веществ, клеточным строением, общими закономерностями механизмов наследственности и изменчивости.

5. Грибы – одноклеточные или многоклеточные, разнообразные по размерам и строению гетеротрофные организмы с клеточной стенкой, состоящей из хитина (как у некоторых животных) или целлюлозы (как у растений).

Основные функции биосферы

Благодаря способности трансформировать солнечную энергию в энергию химических связей, растения и другие организмы выполняют ряд фундаментальных биологических функций планетарного масштаба.

Газовая функция. Живые существа постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза и дыхания. Растения сыграли решающую роль в формировании состава современной атмосферы. Они строго контролируют концентрации кислорода и углекислого газа, оптимальные для современной биоты.

Концентрационная функция. В процессе эволюции организмы научились извлекать из разбавленного водного раствора и других компонентов природной среды необходимые для них вещества, многократно увеличивая их концентрацию в своем теле.

Таким образом, пропуская через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений.

Окислительно-восстановительная функция. Многие вещества в природе крайне устойчивы и не подвергаются окислению при обычных условиях. Живые клетки обладают настолько эффективным катализатором - ферментами, что способны осуществлять многие окислительно-восстановительные реакции в миллионы раз быстрее, чем это может происходить в абиотической среде. Благодаря этому живые организмы существенно ускоряют процессы миграции химических элементов в биосфере.

Информационная функция. С появлением первых живых существ на планете появилась и активная ("живая") информация, отличающаяся от той "мертвой" информации, которая является простым отражением структуры. Организмы оказались способными к получению информации путем соединения потока энергии с активной молекулярной структурой, играющей роль программы. Способность воспринимать, хранить и передавать молекулярную информацию совершила опережающую эволюцию в природе и стала важнейшим экологическим системообразующим фактором.

Перечисленные функции живого вещества образуют мощную средообразующую функцию биосферы. Деятельность живых организмов обусловила современный состав атмосферы. Растительный покров существенно определяет водный баланс, распределение влаги и климатические особенности больших пространств. Живые организмы играют ведущую роль в самоочищении воздушной и водной сред. Благодаря растениям, животным и микроорганизмам создается почва и поддерживается ее плодородие. Таким образом, биота биосферы формирует и контролирует состояние окружающей среды.

Следует четко представлять, что окружающая нас среда - это не возникшая когда-то фиксированная и непреходящая физическая должность, а живое дыхание природы, каждое мгновение создаваемое работой множества живых существ.

Биогеохимические круговороты веществ в биосфере

Круговорот веществ - закономерный процесс многократного участия веществ в явлениях, протекающих в биосфере планеты. Вещество, вовлеченное в круговорот, не только перемещается, но и испытывает трансформацию и нередко меняет свое физическое и химическое состояния. Особенно активную роль в ускорении круговорота и трансформации играют живые организмы.

Солнечная энергия на Земле вызывает два вида круговоротов веществ:

1. большой (биогеохимический) - в пределах биосферы;

2. малый (биотический) - в пределах элементарных экологических систем.

Большой круговорот веществ - это безостановочный планетарный процесс закономерного циклического, неравномерного во времени и пространстве перераспределения вещества, энергии и информации, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы.

Малый круговорот веществ развивается на основе большого и заключается в круговой циркуляции веществ между почвой, растениями, микроорганизмами и животными.

Оба круговорота взаимосвязаны и представляют собой единый процесс, который обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.

На нашей планете всегда существовал геохимический круговорот веществ, но с появлением жизни на Земле геохимические связи стали биогеохимическими - более сложными и разнообразными. Поэтому говорят о биогеохимическом круговороте веществ или биогеохимическом цикле.

Различают три основных типа биогеохимических круговоротов:

1) круговорот воды;

2. куговорот элементов преимущественно в газовой фазе (кислорода, углерода, азота и др.);

3. круговорот элементов преимущественно в твердой и жидкой фазах (фосфора и др.).

В организации живого в основном различают молекулярный, клеточный, тканевой, органный, организменный, популяционный, видовой, биоценотический и глобальный (биосферный) уровни. На всех этих уровнях проявляются все свойства, характерные для живого. Каждый из этих уровней характеризуется особенностями, присущими другим уровням, но каждому уровню присущи собственные специфические особенности.

Молекулярный уровень. Этот уровень является глубинным в организации живого и представлен молекулами нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов, и стероидов, находящихся в клетках и, как уже отмечено, получивших название биологических молекул.

На молекулярном уровне осуществляется фиксация лучистой энергии и превращение этой энергии в химическую, запасаемую в клетках в углеводах и других химических соединениях, а химической энергии углеводов и других молекул — в биологически доступную энергию, запасаемую в форме макроэнергетических связей АТФ. Наконец, на этом уровне происходит превращение энергии макроэргических фосфатных связей в работу — механическую, электрическую, химическую, осмотическую, механизмы всех метаболических и энергетических процессов универсальны.

Клеточный уровень. Этот уровень организации живого представлен клетками, действующими в качестве самостоятельных организмов (бактерии, простейшие и другие), а также клетками многоклеточных организмов. Главнейшая специфическая черта этого уровня заключается в том, что с него начинается жизнь. Будучи способными к жизни, росту и размножению, клетки являются основной формой организации живой материи, элементарными единицами, из которых построены все живые существа (прокариоты и эукариоты). Между клетками растений и животных нет принципиальных различий по структуре и функциям. Некоторые различия касаются лишь строения их мембран и отдельных органелл.

На клеточном уровне происходит разграничение и упорядочение процессов жизнедеятельности в пространстве и во времени, что связано с приуроченностью функций к разным субклеточным структурам.

Тканевой уровень представлен тканями, объединяющими клетки определенного строения, размеров, расположения и сходных функций. Ткани возникли в ходе исторического развития вместе с многоклеточностью. У многоклеточных организмов они образуются в процессе онтогенеза как следствие дифференциации клеток. У животных различают несколько типов тканей (эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная, а также кровь и лимфа). У растений различают меристематическую, защитную, основную и проводящую ткани. На этом уровне происходит специализация клеток.

Органный уровень. Представлен органами организмов. У простейших пищеварение, дыхание, циркуляция веществ, выделение, передвижение и размножение осуществляются за счет различных органелл. У более совершенных организмов имеются системы органов. У растений и животных органы формируются за счет разного количества тканей. Для позвоночных характерна цефализация, защищающаяся в сосредоточении важнейших центров и органов чувств в голове.

Организменный уровень. Этот уровень представлен самими организмами — одноклеточными и многоклеточными организмами растительной и животной природы. Специфическая особенность организменного уровня заключается в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, создание структурных и функциональных особенностей, присущих организмам данного вида. Организмы уникальны в природе, потому что уникален их генетический материал, детерминирующий развитие, функции и взаимоотношение их с окружающей средой.

Популяционный уровень. Растения и животные не существуют изолированно; они объединены в популяции. Создавая надорганизменную систему, популяции характеризуются определенным генофондом и определенным местом обитания. В популяциях начинаются и элементарные эволюционные преобразования, происходит выработка адаптивной формы.

Видовой уровень. Этот уровень определяется видами растений, животных и микроорганизмов, существующими в природе в качестве живых звеньев. Популяционный состав видов чрезвычайно разнообразен. В составе одного вида может быть от одной до многих тысяч популяций, представители которых характеризуются самым различным местообитанием и занимают разные экологические ниши. Виды представляют собой результат эволюции и характеризуются сменяемостью. Ныне существующие виды не похожи на виды, существовавшие в прошлом. Вид является также единицей классификации живых существ.

Биоценотический уровень. Представлен биоценозами — сообществами организмов разной видовой принадлежности. В таких сообществах организмы разных видов в той или иной мере зависят один от другого. В ходе исторического развития сложились биогеоценозы (экосистемы), которые представляют собой системы, состоящие из взаимозависимых сообществ организмов и абиотических факторов среды. Экосистемам присуще динамическое (подвижное) равновесие между организмами и абиотическими факторами. На этом уровне осуществляются вещественно-энергетические круговороты, связанные с жизнедеятельностью организмов.

Биосферный (глобальный) уровень. Этот уровень является высшей формой организации живого (живых систем). Он представлен биосферой. На этом уровне осуществляется объединение всех вещественно-энергетических круговоротов в единый гигантский биосферный круговорот веществ и энергии.

Между разными уровнями организации живого существует диалектическое единство, живое организовано по типу системной организации, основу которой составляет иерархичность систем. Переход от одного уровня к другому связан с сохранением функциональных механизмов, действующих на предшествующих уровнях, и сопровождается появлением структуры и функций новых типов, а также взаимодействия, характеризующегося новыми особенностями, т. е. связан с появлением нового качества.

Основные схемы, формулы и т.д., иллюстрирующие содержание:

На слайдах

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие круговороты веществ и элементов в природе Вы знаете?

2. Какие болезни вызывают избыток или недостаток элементов в организме?

3. Что называется ноосферой?

4. Что такое биогеохимическим круговоротом?

5. Расскажите добиотическую эволюцию биосферы

Рекомендуемая литература:

Осн. литература: 3 (с.6-9), 7 (с.54-56), 8 (с.31-33)

Доп. литература: 12 (с.31-39), 15 (с. 42-45), 21 (с.53-61)

Название темы №4: Рациональное природопользование и охрана природы

Цель лекции: Познание влияния отдельных форм эксплуатации природных ресурсов на живые организмы и их сообщества, на сохранность и биологическую продуктивность экологических систем

Ключевые слова: рациональное, разумное, подход, концепция, ресурсы, классификация, природа, среда, охрана и т.д.

Основные вопросы (положения) и краткое содержание: Предмет и задачи природопользования и охраны природы. Мотивы рационального природопользования и охраны природы. Природная среда: природные ресурсы и их классификация. Виды и степень воздействия человека на природу

Предмет и задачи природопользования и охраны природы

Ухудшение состояния окружающей природной среды в процессе взаимодействия человеческого общества и природы вызывает необходимость рационализации природопользования и охраны природы.

Охрана природы (окружающей природной среды) – система международных, государственных и общественных мероприятий, направленных на рациональное использование, воспроизводство и охрану природных ресурсов, и улучшение состояния природной среды в интересах удовлетворения материальных и культурных потребностей как существующих, так и будущих поколений людей. В природоохранной деятельности различают охрану атмосферы, вод, недр, почв, растительности, животного мира.

Рациональное природопользование и охрана природы очень тесно связаны между собой. Это видно уже из определений этих понятий. Поэтому в одних случаях охрану природы рассматривают как составную часть природопользования, в других эти понятия не различают. Это зависит от того, что в конкретном случае подразумевают под природопользованием.

Под природопользованием, с одной стороны, понимают практическую деятельность человека, с другой стороны – науку. Основоположником науки природопользования является Ю.Н. Куражковский (1958).

Природопользование рациональное и нерациональное. В зависимости от последствий хозяйственной деятельности человека различают природопользование рациональное и нерациональное.

Рациональное природопользование – хозяйственная деятельность человека, обеспечивающая экономное использование природных ресурсов и условий, их охрану и воспроизводство с учетом не только настоящих, но и будущих интересов общества.

Нерациональное природопользование ведет к истощению (и даже исчезновению) природных ресурсов, загрязнению окружающей среды, нарушению экологического равновесия природных систем, то есть к экологическому кризису или катастрофе.

Причины нерационального природопользования различны. Это недостаточное познание законов экологии, слабая материальная заинтересованность производителей, низкая экологическая культура населения и т.д. Кроме того, в разных странах вопросы природопользования и охраны природы решаются по-разному в зависимости от целого ряда факторов: поли­тических, экономических, социальных, нравственных и др.

Виды природопользования. Многообразная деятельность человека, направленная на использование полезных ему свойств природы, условно сгруппирована в различные виды природопользования. Различают три вида природопользования: отраслевое, ресурсное и территориальное.

Отраслевое природопользование – использование природных ресурсов в пределах отдельной отрасли хозяйства.

Ресурсное природопользование – использование какого-либо отдельно взятого ресурса.

Территориальное природопользование – использование природных ресурсов в пределах какой-либо территории.

Мотивы рационального природопользования и охраны природы

В основе рационального природопользования и охраны природы лежат разные мотивы (аспекты): экономический, здравоохранительный, эстетический, научно-познавательный, воспитательный и др.

Экономический мотив – важнейший мотив как в прошлом, так и в настоящее время, ибо вся хозяйственная деятельность человека и само его существование основаны на использовании природных ресурсов.

Здравоохранительный мотив возник относительно недавно в связи с усиливающимся загрязнением окружающей среды, результатом которого являются многочисленные заболевания и снижение продолжительности жизни населения.

Эстетический мотив подразумевает поддержание хотя бы отдельных природных комплексов в состоянии, способном удовлетворять эстетические потребности человека, которые не менее важны, чем все остальные.

Научно-познавательный мотив имеет в виду сохранение био­логического разнообразия организмов, неизмененных участков природы, ее отдельных произведений и т. д. с целью ее научного познания.

Воспитательный мотив подразумевает необходимость охраны природы для формирования духовных потребностей человека.

Конечная цель рационального природопользования и охраны природы – обеспечение благоприятных условий для жизни человека, развития хозяйства, науки, культуры и т.д., для удовлетворения материальных и культурных потребностей всего человеческого общества.

Природная среда: природные ресурсы и их классификация

Природная (окружающая, географическая) среда – естественная среда обитания и деятельности человека и других живых организмов. Природная среда включает литосферу, гидросферу, атмосферу, биосферу и околоземное космическое пространство. Внутри природной среды выделяют природные ресурсы и природные условия.

Природные ресурсы – элементы природы (объекты и явления), необходимые человеку для его жизнеобеспечения и вовлекаемые им в материальное производство (атмосферный воздух, вода, почва, солнечная радиация, полезные ископаемые, климат, растительность, животный мир и т. д.).

Природные условия – элементы природы (объекты и явления), влияющие на жизнь и деятельность человека, но не вовлеченные в материальное производство (некоторые газы атмосферы, виды животных и растений и др.). По мере развития науки и техники природные условия становятся природными ресурсами.

Также часто используют понятие природно-ресурсного потенциала. Природно-ресурсный потенциал – часть природных ресурсов, которая может быть вовлечена в хозяйственную деятельность при данных технических и социально-экономических возможностях общества с условием сохранения среды жизни человечества. В более узком экономическом понимании – доступная при данных технологиях и социально-эко­номических отношениях совокупность природных ресурсов.

Существует несколько подходов к классификации природных ресурсов.

– По источникам и местоположению: энергетические ресур­сы, атмосферные газовые ресурсы, водные ресурсы, ресурсы литосферы, ресурсы растений-продуцентов, ресурсы консументов, ресурсы редуцентов, климатические ресурсы и др.

– По сфере их использования: производственные (сельскохозяйственные и промышленные), здравоохранительные (или рекреационные), эстетические, научные и др.,

– По принципу используемости человеком в настоящее время (иначе говоря, по техническим возможностям эксплуатации): реальные природные ресурсы используются в настоящее время человеком в производственной деятельности; потенциальные природные ресурсы в настоящее время не используются чело­веком вообще, либо используются в недостаточной степени (энергия Солнца, морских приливов, ветра и др.).

– По принципу заменимости: заменимые природные ресурсы можно заменить другими сейчас или в обозримом будущем (все полезные ископаемые, энергоресурсы); незаменимые природные ресурсы нельзя заменить другими природными ресур­сами (атмосферный воздух, вода, генетический фонд живых организмов).

– По принципу исчерпаемости и возобновимости:

Исчерпаемые природные ресурсы – ресурсы, количество которых ограничено и абсолютно, и относительно. Исчерпаемые ресурсы делят на невозобновимые и возобновимые.

Невозобновимые природные ресурсы абсолютно не восстанавливаются (каменный уголь, нефть и большинство других полезных ископаемых) или восстанавливаются значительно медленнее, чем идет их использование (торфяники, многие осадочные породы). Использование этих ресурсов неминуемо ведет к их истощению. Охрана невозобновимых природных ресурсов сводится к рациональному, экономному использованию, борьбе с потерями при добывании, перевозке, обработке и применении, поиску заменителей.

Возобновимые природные ресурсы по мере использования постоянно восстанавливаются (животный мир, растительность, почва). Однако для сохранения их способности к восстановлению необходимы определенные условия, нарушение которых замедляет или вовсе прекращает процесс восстановления. Процессы восстановления протекают с разной скоростью для разных ресурсов: для восстановления животных требуется несколько лет, леса – 60–80 лет, почвы – несколько тысячелетий. Охрана возобновимых природных ресурсов должна осуществляться путем рационального их использования и расширенного воспроизводства. Темпы расходования возобновимых природных ресурсов должны соответствовать темпам их восстановления.

Неисчерпаемые природные ресурсы – ресурсы, количество которых не ограничено, но не абсолютно, а относительно наших потребностей и сроков существования. Неисчерпаемые природные ресурсы включают ресурсы водные (воды Мирового океана), климатические (атмосферный воздух, энергия ветра) и космические (солнечная радиация, энергия морских приливов). Однако если количество неисчерпаемых природных ресурсов относительно не ограничено, то их качество может ограничить возможность их использования человеком (например, количество воды не ограничено, но ограничено количество питьевой воды).

Виды и степень воздействия человека на природу

Виды воздействия человека на природу можно разделить на:

Антропогенные воздействия – деятельность человека, связанная с реализацией экономических, военных, рекреационных, культурных и других его интересов, вносящая физические, химические, биологические и другие изменения в природную среду.

Воздействие человека на природу можно классифицировать различным образом. Например, разделить на разрушительное, стабилизирующее и конструктивное; прямое и косвенное; преднамеренное и непреднамеренное; длительное и кратковременное; статическое и динамическое; площадное и точечное; глубинное и приповерхностное; глобальное, региональное и ло­кальное; механическое, физическое, химическое и биологическое и т.д.

Разрушительное (деструктивное) воздействие – человеческая деятельность, ведущая к утрате природной средой своих полезных человеку качеств. Например, сведение дождевых лесов под пастбища или плантации, в результате чего нарушается биогеохимический круговорот веществ, и почва за два-три года теряет свое плодородие.

Стабилизирующее воздействие – человеческая деятельность, направленная на замедление деструкции (разрушения) природной среды в результате как хозяйственной деятельности человека, так и природных процессов. Например, почвозащитные мероприятия, направленные на уменьшение эрозии почв.

Конструктивное воздействие – человеческая деятельность, направленная на восстановление природной среды, нарушенной в результате хозяйственной деятельности человека или природных процессов. Например, рекультивация ландшафтов, вос­становление численности редких видов животных и растений и т. д. Разрушительное воздействие можно назвать отрицательным (негативным), а стабилизирующее и конструктивное – положительным (позитивным).

Прямое (непосредственное) воздействие – изменение природы в результате прямого воздействия хозяйственной деятельности человека на природные объекты и явления. Косвенное (опосредованное) воздействие – изменение природы в результате цепных реакций или вторичных явлений, связанных с хозяйственной деятельностью человека.

Непреднамеренное воздействие является неосознанным, когда человек не предполагает последствий своей деятельности.

Преднамеренное воздействие является осознанным, когда человек ожидает определенные результаты своей деятельности.

Расширяющееся использование природных ресурсов вследствие роста населения и развития научно-технического прогресса приводит к их истощению и увеличению загрязнения природной среды отходами производства и отбросами потребления. То есть ухудшение природной среды происходит по двум причинам: 1) сокращение природных ресурсов; 2) загрязнение природной среды.

Вырубка леса в бассейне реки (отмечено крестами) приводит к усыханию малых рек – притоков, снижению уровня грунтовых вод, уменьшению влажности почвы, снижению уровня воды в реке и озере. Это вместе с другими факторами ведет к недостатку воды в городе, гибели рыбы, развитию цианей (сине-зеленых водорослей и других водных организмов) в связи с усиливающейся эвтрофикацией водоемов. Строительство плотины и ирригационной системы в целях накопления воды в реке и нормального режима увлажнения на полях не решает проблемы поддержания уровня грунтовых вод и прекращения усыхания озера. Напротив, расход воды на испарение в оросительных системах и с поверхности водохранилища усугубляет недостаток речного стока в озеро, задерживает твердый сток, а подпор вод плотиной вызывает подтопление местности, в том числе по городам, ее заболачивание. Ирригация вызывает дополнительное засоление почв, требующих промывки, а значит, большего расхода поливных вод, с которыми в водоем смываются органика и удобрения, что усиливает эвтрофикацию.

Следует сразу обратить внимание на то, что чем выше уровень использования извлеченных природных ресурсов, тем ниже уровень загрязнения природной среды. Следовательно, решая проблему рационального использования природных ресурсов, общество, во-первых, сохраняет природные ресурсы от истощения, а во-вторых, снижает загрязнение природной среды.

Загрязнение – привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых (обычно не характерных для нее) вредных химических, физических, биологических, информационных агентов.

Загрязнение может возникать в результате естественных причин (природное загрязнение: пыльные бури, вулканический пепел и др.) или под влиянием деятельности человека (антропогенное загрязнение: выбросы в атмосферу и сбросы в гидросферу вредных веществ и др.).

По видам загрязняющих агентов загрязнение окружающей среды делят на физическое (тепловое, радиоактивное, шумовое, электромагнитное, световое и др.), химическое (тяжелые металлы, пестициды, синтетические поверхностно активные вещества – СПАВ, пластмассы, аэрозоли, детергенты и др.) и биологическое (патогенные микроорганизмы, продукты генной инженерии и др.). Помимо влияния на круговорот веществ, человек оказывает воздействие на энергетические процессы в биосфере. Наиболее опасным здесь является тепловое загрязнение биосферы, связанное с использованием ядерной и тер­моядерной энергии. Кроме вещественного и энергетического загрязнения начинает подниматься вопрос об информационном загрязнении окружающей человека среды.

По масштабам загрязнение может быть глобальным, региональным и локальным (местным).

По объектам загрязнения различают загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение почв и т.д., и даже загрязнение околоземного космического пространства.

Одна из классификаций загрязнений, основанная на системном подходе, сделана Г.В. Стадницким и А.И. Родионовым (1988). Авторы под загрязнением понимают любые нежелательные для экосистем антропогенные изменения и делят его на инградиентное, параметрическое, биоценотическое и стациально-деструкционное.

Ингредиентное загрязнение – совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты и удобрения, продукты сгорания и т.д.).

Параметрическое загрязнение – изменение качественных параметров окружающей природной среды (шумовое, тепловое, световое, радиационное, электромагнитное).

Биоценотическое загрязнение – воздействия, вызывающие нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т.д.).

Стациально-деструкционное загрязнение (от слов стация – место обитания популяции, деструкция – разрушение) – воздействие, приводящее к нарушению и преобразованию ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (вырубка лесов, эрозия почв, зарегулирование водотоков, урбанизация и пр.).

Таблица – Экологическая характеристика десяти главных загрязнителей биосферы

Загрязнитель	Экологическая характеристика
1. Углекислый газ	Образуется при сгорании всех видов топлива. Увеличение его содержания в атмосфере приводит к повышению ее температуры, что чревато пагубными геохимическими и экологическими последствиями.
2. Окись углерода	Образуется при неполном сгорании топлива. Может нарушить тепловой баланс верхней атмосферы.
3. Сернистый газ	Содержится в дымах промышленных предприятий. Вызывает обострение респираторных заболеваний, наносит вред растениям. Разъедает известняк и некоторые ткани.
4. Окислы азота	Создают смог и вызывают респираторные заболевания и бронхит у новорожденных. Способствуют чрезмерному разрастанию водной растительности.
5. Фосфаты	Содержатся в удобрениях. Главный загрязнитель вод в реках и озерах.
6. Ртуть	Один из опасных загрязнителей пищевых продуктов, особенно морского происхождения. Накапливается в организме и вредно действует на нервную систему.
7. Свинец	Добавляется в бензин. Действует на ферментные системы и обмен веществ в живых клетках.
8. Нефть	Приводит к пагубным экологическим последствиям, вызывает гибель планктонных организмов, рыбы, морских птиц и млекопитающих.
9. ДДТ и другие пестициды	Очень токсичны для ракообразных. Убивают рыбу и организмы, служащие кормом для рыб. Многие являются канцерогенами.
10.Радиация	При превышении допустимых доз приводит к злокачественным новообразованиям и генетическим; мутациям.

Основные схемы, формулы и т.д., иллюстрирующие содержание: схемы приводтся в тексте

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое охрана природы?

2. Что такое рациональное природопользование?

3. Какие мотивы рационального природопользования представлены в лекции?

4. Как классифицируются природные условия?ъ

5. Как можно подразделить виды и степень воздействия человека на природу?

Основные схемы, формулы и т.д., иллюстрирующие содержание: имеется слайд-шоу с наиболее показательными материалами в виде схем, диаграмм, рисунков и т.д.

Название темы №5: Экология атмосферы.

Цель занятия: Изучить слои атмосферы, состав атмосферного воздуха, экологические проблемы загрязнения атмосферного воздуха и пути их решения

Ключевые слова: слои, сфера, озоновые дыры, кислотные дожди, глобальное потепление, загрязнение, очистка, предельно-допустимая концентрация, нормирование, выбросы и т.д.

Основное содержание лекции: Строение атмосферы. Состав атмосферного воздуха. Загрязнение атмосферы.

«Строение и состав атмосферы»

Важнейшие климатические и экологические особенности Земли в решающей степени определяются наличием и свойствами ее газовой оболочки – атмосферы. Благодаря специфическому газовому составу, способности поглощать и отражать солнечную радиацию, озоновому слою, в котором задерживается основная часть коротковолнового излучения Солнца, благоприятному температурному режиму и присутствию водяного пара атмосферу можно назвать одним из главных источников жизни на Земле.

Атмосфера имеет сложное строение и подразделяется на несколько оболочек. Непосредственно к земной оболочке примыкает тропосфера. Она простирается до высоты 8 – 10 км над полюсами и 16 – 18 км над экватором. В средних широтах толщина тропосферы составляет 8 – 12 км.

Господствующие в тропосфере процессы (испарение водяного пара и его конденсация) приводят к образованию облаков и осадков в виде дождей. Именно в этом слое в основном происходят явления, которые мы именуем погодой, возникает подавляющее число гроз и штормов.

В отличие от тропосферы, в которой важную роль играет турбулентный обмен, стратосфера весьма устойчива, содержит мало влаги, в ней отсутствуют погодные явления в обычном смысле слова, а единственным видом облачности являются серебристые облака. В стратосфере на высоте 30 – 35 км расположен в наибольшей концентрации озон, поэтому эту часть атмосферы часто называют озоновым экраном. Озон играет большую роль в формировании температурного режима нижележащих слоев атмосферы и, следовательно, воздушных течений. Озон поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, что и вызывает разогрев атмосферы. Над различными участками земной поверхности и в разное время года содержание озона неодинаково: больше в высоких широтах, меньше в средних и низких, весной больше, чем осенью. Озоновый слой определяет предел биосферы.

За стратосферой, на высоте более 50 км, находится следующий слой атмосферы – мезосфера, где температура опять понижается. На высоте около 80 км она равна -70 С. Верхний слой мезосферы – мезопауза, где происходит понижение температуры. За мезосферой (более 80 км над земной поверхностью) расположен четвертый слой атмосферы – термосфера (ионосфера), не имеющая определенной верхней границы.

На высоте 500 – 600 км температура увеличивается и достигает +1600 С. Газы в термосфере (ионосфере) сильно разрежены, молекулы редко сталкиваются 3 друг с другом и не могут вызвать нагрева находящегося в этой зоне тела. Однако атмосферное давление с высотой уменьшается. Воздух по мере высоты становится разреженнее.

Наиболее удалена от Земли экзосфера – 800 – 1600 км, которая простирается на огромное расстояние, переходя в межпланетное пространство. Экзосфера является областью диссипации (рассеивания) атмосферных газов.

«Загрязнение атмосферы»

Загрязнением в узком смысле считается привнесение в какую-либо среду новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение естественного средне-многолетнего уровня этих агентов. Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровень естественного содержания. Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем. По происхождению загрязнение атмосферного воздуха может быть естественным (природным) и искусственным (антропогенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров, пыльные бури, вулканические извержения, газовые выделения из гейзеров и геотермальных 4 источников, прижизненные выделения в атмосферу растений, животных, микроорганизмов.

Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ, образующихся в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха. В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы антропогенного загрязнения атмосферы: локальное, местное, региональное и глобальное.

Масштабы загрязнения связаны с мощностью выброса и характером воздушных потоков.

Локальное загрязнение может быть обусловлено одним или несколькими источниками выбросов, зона влияния которых определяется, главным образом, изменчивой скоростью и направлением ветра.

Местное загрязнение определяется совокупностью выбросов множества источников, расположенных на территории, находящейся в зоне влияния и характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона).

Под региональным загрязнением понимается загрязнение атмосферного воздуха на территории в сотни километров, которая находится под воздействием выбросов крупных промышленных и сельскохозяйственных комплексов.

Глобальное загрязнение связано с изменением состояния атмосферы планеты в целом.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на следующие типы:

1) газообразные – газы и пары (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.);

2) жидкие – туманы (кислоты, щелочи, растворы солей);

3) твердые – пыли и дымы (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и т.п.).

От общей массы выбрасываемых в атмосферу веществ газы (пары) составляют около 90%. По определению экспертов ВОЗ из многочисленных загрязнителей атмосферы основными являются взвешенные частицы (аэрозоли различного 5 состава), затем следуют сернистые соединения и оксиданты (вещества, образующиеся в атмосферном воздухе в результате фотохимических превращений).

Аэрозоли - это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит газ, а дисперсными фазами являются твердые или жидкие частицы. Обычно размеры частиц аэрозолей ограничивают интервалом 10-7 – 10-3 см.

Аэрозоли делятся на три группы.

К первой группе относятся пыли, состоящие из твердых частиц, дипергированных в газообразной среде.

Ко второй группе относят дымы – все аэрозоли, которые получаются при конденсации газа.

К третьей группе относятся туманы – совокупность жидких частиц в газообразной среде.

В настоящее время в земной атмосфере взвешено около 20 млн. т частиц, из которых примерно три четверти приходится на долю выбросов промышленных предприятий. Особое значение пыли и других взвешенных частиц объясняется тем, что они загрязняют атмосферу не только в результате прямых выбросов, но в большей мере в результате различных превращений газообразных веществ, выбрасываемых в атмосферу (сернистых соединений, оксидов азота, углеводородов) с образованием мелкодисперсных аэрозолей.

Классификация загрязняющих атмосферу веществ может быть проведена по составу (например, хлористый водород, фтористые соединения и т.д.). К главным загрязнителям (поллютантам) атмосферного воздуха, образующимся в процессе производственной и иной деятельности человека относят диоксид серы (SO2), оксиды азота (NOx), оксид углерода (СО), углеводороды (СН) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% от общего объема выбросов вредных веществ.

Особо опасным является радиоактивное загрязнение, обусловленное глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытания ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС (даже в процессе их нормальной эксплуатации) и другие источники.

Еще одной формой загрязнения атмосферы является избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Признаком теплового (термического) загрязнения атмосферы служат так называемые термические зоны, например, т.н. «острова тепла» в городах, сброс горячих сточных вод предприятий вызывающих потепление воды в водоемах.

Атмосферные загрязнители подразделяются на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом их превращений. Например, поступающий в атмосферу диоксид серы окисляется кислородом воздуха до триоксида серы, который затем взаимодействуя с водяными парами, образует капельки серной кислоты.

Источники загрязнения атмосферы выбросами могут быть классифицированы:

1. По назначению:

а) технологические, содержащие хвостовые газы после установок улавливания (рекуперации, абсорбции и т.д.);

б) вентиляционные выбросы – т.е. местные отсосы, вытяжки.

2. По месту расположения:

а) незатененные или высокие (высокие трубы, точечные источники), удаляющие загрязнения на высоту, превышающую высоту здания в 2,5 и более раз;

б) затененные или низкие, расположенные на высоте меньше высоты здания; в) наземные – находящиеся у земной поверхности (открытое технологическое оборудование, колодцы производственной канализации и т.д.).

3. По геометрической форме:

а) точечные (трубы, шахты, вентиляторы);

б) линейные (аэрационные фонари, открытые окна, факелы).

4. По режиму работы:

а) непрерывного и

б) периодического действия,

в) залповые и мгновенные.

Залповые выбросы возможны при авариях, сжигании быстрогорящих отходов производства. При мгновенных выбросах загрязнения выбрасываются в доли секунды на значительную высоту. Это возможно при взрывных работах и авариях.

5. По дальности распространения:

а) внутриплощадные, то есть создающие высокие концентрации только на территории промышленной площадки, а в жилых районах не дающие ощутимых загрязнений (для таких выбросов предусматривается ССЗ достаточных размеров);

б) внеплощадные, когда выбрасываемые загрязнения способны создать высокие концентрации на территории жилой застройки.

Газовые промышленные выбросы могут быть организованными и неорганизованными. Организованный промышленный выброс – выброс, поступающий в атмосферу через специальные сооружения – газоходы, воздуховоды, трубы. Неорганизованный выброс - выброс, поступающий в атмосферу в результате нарушения герметичности оборудования, неудовлетворительной работы вентиляционной системы и т.д.

Основные источники техногенного загрязнения атмосферы. Антропогенные источники загрязнения атмосферы делятся на группы:

а) промышленные предприятия,

б) транспорт, в) бытовое и коммунальное хозяйство.

Промышленные источники загрязнения, в свою очередь, подразделяются по отраслям, а также по ингредиентам. В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории страны вносят следующие отрасли:

1) теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные);

2) предприятия черной металлургии;

3) предприятия нефтедобычи и нефтехимии;

4) транспорт в т.ч. и автотранспорт;

5) предприятия цветной металлургии и

6) предприятия строительной индустрии.

Экологические последствия загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами – от прямой и непосредственной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние.

Влияние локального (местного) загрязнения атмосферы. Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьезными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Особенно четко эта связь прослеживается при анализе детской легочной патологии и степени концентрации диоксида серы в атмосфере крупных городов. Согласно исследованиям американских ученых, при уровне загрязнения воздуха оксидами серы (SO₂) до 0,049 мг/м³ показатель заболеваемости населения г.Нэшвилл (США) (в человеко-днях) составлял 8,1%, при 0,150 – 0,349 мг/м³ – 12 %, а в районах с загрязнением воздуха выше 0,350 мг/м³ – 43,8 %. Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO²), вызывает тяжелое заболевание легких – силикоз. Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки, например, глаз, легких, участвуют в образовании ядовитых туманов и т.д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т.е. усиление токсичности всей газообразной смеси. Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении появляется общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя три – семь дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны частицы размером менее 5мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких, засорять слизистые оболочки. Весьма неблагоприятные последствия связаны и с такими незначительными по объему выбросами, как свинец, бенз(а)пирен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, 11 снижают сопротивление организма инфекциям. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма. Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия от кашля до летального исхода.

Тяжелые последствия в организме живых существ вызывает ядовитая смесь дыма, тумана и пыли – смог. Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-анджелесский тип).

Лондонский тип смога. В крупных промышленных агломерациях большой экологической проблемой является смог (дым + туман) – комплексное загрязнение атмосферы, обусловленное застаиванием масс воздуха (отсутствие ветра и температурная инверсия). При высоких концентрациях диоксида серы в воздухе в условиях высокой влажности и температуре порядка 00С образуется так называемый восстановительный смог или смог лондонского типа. Механизм его образования следующий: твердые частицы (летучая зола, сажа) в воздухе действуют как зародыши конденсации паров воды с образованием микрочастиц тумана; диоксид серы растворяется в капельках тумана с образованием сернистой кислоты; сернистая кислота окисляется в серную кислоту кислородом, растворенным в капле. Так образуется кислый, разъедающий все туман. Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300 – 400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Во время смога в 1952 году с 3 по 9 декабря в Лондоне содержание диоксида серы и сернистого ангидрида в воздухе достигало 4 мг/м3 (при ПДК в 0,05 мг/м3 ). Тогда туман стал причиной смерти более 4000 человек, до 10 тыс. человек тяжело заболели. В конце 1962 г. в Руре (ФРГ) смог убил за три дня 156 человек. Рассеять смог может только ветер, а сгладить смогоопасную ситуацию - сокращение выбросов загрязняющих веществ. Лондонский смог формировался на основе интенсивной добычи и использования угля в качестве традиционного вида топлива. С середины 60-х годов обдуманный переход на сжигание бездымного топлива, внедрение очищающих устройств и фильтров, жесткий контроль выбросов привели к нормализации экологической ситуации.

Лос-анджелесский тип смога, или фотохимический смог, не менее опасен, чем лондонский. Возникает он летом при интенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насыщенный и пересыщенный выхлопными газами автомобилей. В Лос-Анджелесе более четырех миллионов автомобилей выбрасывают только оксидов азота в количестве более чем тысяча тонн в сутки. При очень слабом движении воздуха или безветрии в воздухе идут сложные реакции с образованием новых высокотоксичных загрязнителей - фотооксидантов (озон, органические перекиси, нитриты и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения. В Токио в 1970г. смог вызвал отравление 10 тыс. человек, а в 1971г. - 28 тыс. По официальным данным, в Афинах в дни смога смертность в шесть раз выше, чем в дни относительно чистой атмосферы. В некоторых российских городах (Кемерово, Новокузнецк, Медногорск, Череповец и др.), особенно в тех, которые расположены в низинах, в связи с ростом числа автомобилей и увеличением выброса выхлопных газов, содержащих оксид азота, вероятность образования фотохимического смога значительно увеличивается. Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но и отрицательно влияют на животных, состояние растений и экосистем в целом.

Основные направления работ по снижению загрязнения воздушного бассейна

Соблюдение требований по предупреждению загрязнения атмосферного воздуха. В целях предупреждения вреда, который может быть причинен окружающей среде, здоровью и генетическому фонду человека, стандартами на новые технику, технологии, материалы, вещества и другую продукцию, которые могут оказывать вредное воздействие на атмосферный воздух, устанавливаются требования охраны атмосферного воздуха. Запрещается внедрение новых технологий, техники, материалов, веществ и другой продукции, а также применение технологического оборудования и других технических средств, если они не отвечают установленным законодательством требованиям охраны атмосферного воздуха. При вводе в эксплуатацию новых и реконструируемых объектов хозяйственной и иной деятельности, осуществляющих выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, должны обеспечиваться непревышение технических нормативов выбросов и ПДВ. Основные направления работ по снижению загрязнения атмосферы.

Среди многочисленных направлений работ по снижению загрязнения воздушного бассейна основными являются следующие:

- внедрение эффективных экономических и моральных методов стимулирования деятельности по охране атмосферы, включая различные поощрения и плату за выбросы;

- сокращение выбросов от автомобильного транспорта за счет совершенствования двигателей и топливной аппаратуры, внедрение нейтрализаторов выхлопных газов, увеличение доли дизельных и работающих на газообразном топливе двигателей, прекращение выпуска этилированных бензинов, а также лучшей организации дорожного движения;

- внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов и производств, прежде всего в теплоэнергетике, черной и цветной металлургии, химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, при производстве строительных материалов и в других отраслях;

- оптимизация энергетического баланса страны (закрытие мелких и устаревших котельных, установок и других агрегатов), использование альтернативных источников энергии и т.д.

- внедрение экономически оправданных процессов сжигания топлива, а также предварительного выделения серы из угля, нефти и газа, глубокой переработки угля и сланцев перед сжиганием (газификация, пиролиз);

- внедрение современных методов пылегазоочистки дымовых и других отходящих газов с высоким КПД и максимальным использованием продуктов очистки.

Наиболее радикальной мерой охраны воздушного бассейна от загрязнения является экологизация технологических процессов и в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. Это потребует решения целого комплекса сложных технологических, конструкторских и организационных задач, основанных на использовании новейших научно- технических достижений. Ресурсосбережение является решающим источником удовлетворения растущих потребностей производства. Важно добиться, чтобы прирост потребностей в топливе, энергии, сырье и материалах на 75 – 80% удовлетворялась в результате их экономии, т.е. максимального исключения потерь и нерациональных расходов.

Важная роль в защите окружающей среды отводится мероприятиям по рациональному размещению источников загрязнений:

- вынесение промышленных предприятий из крупных городов в малонаселенные районы с непригодными для сельскохозяйственного использования землями;

- оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом топографии местности и розы ветров;

-установление санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий;

- рациональная планировка городской застройки, обеспечивающая оптимальные экологические условия для человека;

- организация движения транспорта с целью уменьшения выброса токсичных веществ в зонах жилой застройки.

Аппараты по очистке воздуха

Очистку газообразных выбросов от пыли или тумана на практике осуществляют в различных по конструкции аппаратах, которые можно разделить на четыре основные группы:

1) механические пылеуловители (пылео-тстойные или пылеосадоч­ные камеры, инерционные пыле - и брызгоуловители, циклоны и муль­тициклоны). Аппараты этой группы применяют обычно для предвари­тельной очистки газов;

2) мокрые пылеуловители (полые, насадочные или барботажцые скрубберы, пенные аппараты, трубы Вентури и др.). Эти устройства более эффективны, чем сухие пылеуловители;

3) фильтры (волокнистые, ячейковые, с насыпными слоями зерни­стого материала, масляные и др.). Наиболее распространены рукавные фильтры;

4) электрофильтры — аппараты тонкой очистки газов—улавлива­ют частицы размером от 0,01 мкм. Эффективность электрофильтра мо­жет достигать 99,9%.

Основные схемы, формулы и т.д., иллюстрирующие содержание: схемы приводятся в тексте

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое атмосфера?

2. Что такое смог? Чем отличается Лос-Анжелевский от Лондонского типа смога?

3. Какие методы очистки атмосферного воздуха Вы знаете?

4. Как классифицируются загрязнения атмосферного воздуха?

5. Как классифицируются источники загрязнения воздуха?

6. Какие основные пути предотвращения загрязнения атмосферы представлены в лекции?

Основные схемы, формулы и т.д., иллюстрирующие содержание: имеется слайд-шоу с наиболее показательными материалами в виде схем, диаграмм, рисунков и т.д.

Название темы № 6: Экология гидросферы

Цель лекции: Изучить основные загрязнители гидросферы, пути снижения негативного антропогенного прессинга на водные ресурсы и методы очистки сточных вод; рассмотреть свойства и значение воды, возможности предотвращения антропогенного загрязнения

Ключевые слова: гидросфера, подземные и поверхностные воды, очистка, метод,

Основные вопросы (положения) и краткое содержание: Свойства воды. Планета Земля и гидросфера. Загрязнение и истощение вод. Предотвращение загрязнения океанов, морей и рек

1. Свойства воды

Вода - непременное условие и фактор жизни, и именно на нее воздействует человек в невиданных масштабах.

Назовем основные уникальные свойства воды, обусловливающие ее влияние на важнейшие процессы в биосфере. К таким свойствам относятся:

• неисчерпаемость как вещества и природного ресурса; если все другие ресурсы земли уничтожаемы или рассеиваемы, то вода как бы ускользает от этого, принимая различные формы или состояния: кроме жидкой - твердую и газообразную. Это единственное вещество и ресурс такого типа;

• присущее только ей расширение при затвердевании (замерзании) и уменьшение объема при плавании (переходе в жидкое состояние);

• максимальная плотность при температуре +4°С и связанные с этим весьма важные свойства для природных и биологических про­цессов, например исключение глубокого промерзания водоемов;

• высокая способность поглощать тепло (теплоемкость) и зна­чительная теплопроводность;

• способность относительно легко переходить в газообразное состояние (испаряться) не только при положительных, но и при отрицательных температурах. В последнем случае испарение происходит минуя жидкую фазу - из твердой (льда, снега) сразу в парообразную. Такое явление носит название - сублимация;

• поглощение тепла при испарении и таянии, выделение тепла при конденсации из пара и замерзании;

• способность в дисперсных средах, например в мелкопористых почвах или биологических структурах, переходить в связанное или рассредоточенное состояние. В этих случаях очень сильно меняются свойства воды (ее подвижность, плотность, температура замерзания, поверхностное натяжение и другие параметры), крайне важные для протекания процессов в природных и биологических системах;

• универсальный растворитель, поэтому не только в природе, но и в лабораторных условиях идеально чистой воды нет уже по той причине, что она способна к растворению любого сосуда, в который заключена. Есть предположение, что поверхностное натяжение идеально чистой воды было бы таковым, что по ней можно было бы кататься на коньках.

Эти и другие свойства воды оказывают колоссальное влияние на биосферные процессы, живые существа и среду их обитания.

Так, большая подвижность, высокая теплоемкость и способность легко переходить из одного состояния в другое являются основным условием переноса колоссальных масс тепла на большие расстояния, например, с теплыми океаническими течениями, регулирования теплового режима планеты.

Вода - практически единственный источник пополнения кислородом атмосферы в процессе ее разложения при фотосинтезических процессах. Она же условие миграции химических элементов и соединений, геологического (большого) и биологического (малого) круговоротов веществ.

2. Планета Земля и гидросфера

Все воды Земли едины. Они, наряду с атмосферой и литосферой, объединяются в самостоятельную сферу - гидросферу, которая характеризуется отличительными особенностями. Только она выступает как самостоятельная среда жизни (наряду с наземно-воздушной, почвенной, организменной) и в то же время пронизывает другие сферы (атмосферу, литосферу) и среды жизни.

Мировые запасы воды на Земле колоссальны. Они равны 1353985 тыс. км³. Если все воды гидросферы равномерно распределить по поверхности Земли, слой ее будет иметь толщину около 2,5 км. В пределах Мирового океана, который занимает примерно 2/3 поверхности Земли, средняя глубина составляет 3,96 км при максимальной 11022 м (Марианская впадина).

Хотя основная масса воды на Земле представлена солеными водами (доля их в общих запасах близка к 97,5%), но и объемы пресных вод очень значительны. Они равны 35 млн. км. куб.

Все воды на территории Республики Казахстан составляют единый водный фонд, включающий реки, озера, ледники, водохра­нилища, другие поверхностные источники, подземные воды, общий запас которых оценивается в 450 км³.

Главным источником, питающим реки Казахстана, являются ледники, площадь которых равна почти 2 тыс. км², а объем - более 98 км³, или почти равен объему воды в озере Балхаш. За сезон аб­ляции (с июля до середины сентября) толщина ледников в среднем уменьшается на 3 м, когда лето очень жаркое - на 6 м. Крупные ледники находятся на Джунгарском Алатау (объем 46 км³), Илийском Алатау (28 км³), Терскей Алатау (11 км³), казахстанской части Алтая (3,5 км³) и Таласском Алатау (2,3 км³).

В Казахстане около 39 тыс. рек и временных водоворотов, из них более 8 тысяч рек с длиной русла каждой из них больше 10 км. К важнейшим рекам можно отнести Урал, Иртыш, Сырдарью, Уил, Тобол, Ишим, Сагиз, Жем, большой и малый Узень, Торгай, Иргиз, Нуру, Шидерты, Селеты, Сарысу, Арусь, Талас, Чу, Каратал, Или, Аксу, Лепсы и др. На реках Большая и Малая Алмаатинка, Каратал, Иссык, берущих начало в горах, часто повторяются селевые потоки. Многие реки маловодные, выходят из берегов только в период весен­него паводка. Среднемноголетний сток рек Ка­захстана составляет около 101 км³, из которых только 56,5 км³ формируется на территории республики. Остальной объем 44,0 км³ поступает из сопредельных государств: Китая - 18,9 км³; Узбекистана - 14,6 км³; Кыргызстана - 3,0 км³; России - 7,5 км³.

В Республике более 48 тыс. озер площадью более 1 га каж­дое. Средняя глубина - от 1 до 8 метров. Есть более глубоковод­ные, как, например, озеро Алаколь глубиной до 45 м, Б. Чебачье - 37 м, Шортандинское - 31 м, Маркакольское - 27 м и Балхаш -26 м. Самое большое среди озер - Балхаш, длина которого 605 км, ширина - до 74 км, объем воды - 112 км³. На втором месте - озеро Алаколь длиной 104 км и шириной 52 км, объем воды - 56,6 км³. К крупным озерам также можно отнести озера Сасыккуль, Уялы, Силети Тениз, Большой Карой, Малый Карой, Шагалалы Тениз, Теке, Кучмурун, Маркаколь, Челкар, Сарыкопы, Камыстыбас, Арысь, Жалаулы, Карасор, Индер и др. Общий объем воды в озерах Казахстана - 190 км³, из них пресных вод - около 20 км³.

Кроме того, в республике около 4,0 тыс. прудов и 204 водо­хранилища.

Факторами водорегулирования в экосистемах выступает почва и растительный покров. Они создают условия для впитывания влаги в почвогрунты и стока по поверхности почвы. В результате этого часть влаги осадков практически повсеместно (даже в крайне засушливых районах) поступает на питание грунтовых вод и водных источников.