1679

зываются предположения, что природа попытается отрегулировать численность населения путем появления новых инфекционных заболеваний. Согласно другой, более оптимистичной теории, развитие цивилизации подойдет к тому моменту, когда начнет действовать социологический механизм постепенного снижения численности населения, как это наблюдается в настоящий момент в развитых странах. Это позволило бы бесконфликтно сократить население до 1–1,5 млрд человек за достаточно небольшой срок в 75–100 лет.

6.5. Глобальные проблемы энергетики

Кроме перечисленных проблем, связанных с резким ухудшением качества среды, перед человечеством остро стоит проблема энергетики. Основная причина энергетического кризиса – истощение традиционных источников энергии (нефти, угля, газа), а также недостаточное распространение альтернативной энергетики.

Ресурсы ископаемых видов топлива в настоящее время крайне ограниченны. По оценке специалистов, доступные запасы нефти при существующих объемах потребления должны иссякнуть примерно через 30–40 лет, запасы природного газа – через 50 лет. Причем освоение новых месторождений обходится все дороже.

С запасом угля дело обстоит немного лучше – их должно хватить на несколько сотен лет. Но развитие угольной энергетики влечет за собой увеличение загрязненности окружающей среды. Работающие на угле теплоэлектростанции дают 10–25 кг выбросов на каждый кВт∙ч. Развитие угольной энергетики невозможно без строительства современных очистных сооружений. Еще один выход – переработка угля в синтетические продукты (синтетические жидкие топлива, полукокс, газ), при сгорании которых выделяется значительно меньше токсичных веществ.

При создавшемся дефиците частично удовлетворить потребности в энергии могут атомные электростанции. Но их основными недостатками являются образование радиоактивных отходов, а также катастрофические последствия аварий. Перспектива дальнейшего использования атомной энергетики – в повышении безопасности АЭС. В Японии, например, уровень безопасности АЭС настолько высок, что одна из крупнейших в мире АЭС Фукусима построена в сейсмоопасной зоне, в которой возможны землетрясения до 10 баллов. Наша страна еще 30–50 лет будет вынуждена использовать атомную энергетику, чтобы не превратиться в слаборазвитую.

Энергетический кризис можно преодолеть путем создания энергосберегающих технологий, а также внедрения альтернативных источников энергии.

Основными видами альтернативной энергетики являются следующие:

– Гелиоэнергетика основана на использовании энергии Солнца. На Землю падает огромное количество солнечной энергии, в 15 тыс. раз превышающее ежегодное мировое потребление энергии. Но солнечная энергия имеет низкое качество (эксергию), ее сложно запасать и передавать на большие расстояния. Для концентрации солнечной энергии необходимы дорогостоящие приборы, содержащие множество зеркал, металла, кремний, занимающие огромную площадь. Основными установками гелиоэнергетики являются гелиоэлектростанции, солнечные батареи и элементы для производства электроэнергии, солнечные коллекторы для теплоснабжения зданий. Гелиоэнергетика рентабельна в районах с большим количеством солнечных дней в году. Крупные гелиоэлектростанции есть в Калифорнии, Испании, Израиле, Италии, Японии. Некоторые из них обеспечивают электроэнергией десятки тысяч домов. В сравнительно небольших масштабах солнечная энергия применяется в бытовых водонагревателях, некоторых приборах.

–Ветровая энергетика. Ветер заключает в себе механическую энергию, которая может быть использована на ветроэлектростанциях для выработки электроэнергии. Такие станции являются рентабельными в районах с постоянными ветрами. В настоящее время большое количество ветровых установок работает в США, Дании, Голландии, Германии. Но этот вид энергии порождает некоторые проблемы: создает ультразвуковое излучение, телевизионные помехи, обуславливает массовую гибель птиц.

–Гидроэнергетика основана на использовании механической энергии движущейся воды. Она играет большую роль в энергетике многих стран. Но строительство гидроэлектростанций требует затопления миллионов гектаров ценных сельскохозяйственных земель, разрушения большого количества экосистем. Кроме этого, во многих развитых странах осталось мало возможностей для строительства ГЭС.

В связи с этим большой интерес вызывает строительство приливных электростанций, использующих энергию приливов и отливов, океанских течений. Приливные электростанции (ПЭС) уже появились в западных странах. У России имеются большие ресурсы для развития ПЭС в северных морях.

– Геотермальная энергия может быть использована в областях современного вулканизма, где горячие подземные воды поднимаются к поверхности и выходят в виде термальных источников. Для этого строятся следующие установки: геотермальные электростанции, геотермальные установки (использующие энергию подземных вод), тепловые насосы.

Такие станции работают и оправдывают себя в США, Японии, Италии, в Мексике и на Филлипинах.

– Биоэнергетика основана на использовании биологического сырья: биогаза, образующегося при разложении растительных и животных отходов без доступа воздуха, мусоросжигающих установок и т.д. Образующийся газ может быть использован для обеспечения энергией жилых домов.

Использование альтернативной энергетики в настоящий момент достаточно ограниченно и не всегда рентабельно. Но наиболее дальновидные страны постепенно перестраивают свою энергетику, вкладывая значительные средства в развитие альтернативных источников.

7. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Если качество природной среды не соответствует нормативным требованиям, необходимо проводить специальные мероприятия по защите окружающей среды. Для этого необходима информация о фактическом состоянии природных объектов. Для эффективного управления качеством окружающей природной среды организована система экологического мониторинга.

Мониторинг состояния окружающей среды – система непрерывных наблюдений за состоянием среды и прогнозирование изменений этого состояния. Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные и природно-антропогенные экосистемы.

Биосфера Земли постоянно меняется. Естественные изменения изучаются геофизическими службами: гидрометеорологической, сейсмической, ионосферной, гравиметрической, магнитометрической и т.п. Чтобы на фоне естественных изменений выявить антропогенные процесс-сы, необходимы постоянные наблюдения.

Различают следующие основные уровни мониторинга.

Глобальный мониторинг – на уровне всей планеты. При этом ведется наблюдение за всей биосферой в целом, решаются задачи планетарного порядка. Глобальный мониторинг осуществляется на базе международного сотрудничества, его базой является современная вычислительная и космическая техника.

По вопросам мониторинга биосферы с 1974 г. проводятся межправительственные совещания. За каждой страной закреплены определенные объекты мониторинга.

Национальный мониторинг – в пределах отдельных государств (например, мониторинг Российской Федерации).

Региональный мониторинг – на уровне отдельных регионов (например, мониторинг Омской области).

Локальный мониторинг – на уровне населенных пунктов. Импактный мониторинг – точечный мониторинг источников загряз-

нения и опасных зон.

В зависимости от целей и объектов мониторинг можно разделить на санитарно-гигиенический, экологический и климатический.

Санитарно-гигиенический мониторинг представляет собой контроль над загрязнением окружающей среды и сопоставление ее качества с ПДК.

Основными показателями в санитарно-гигиеническом мониторинге являются:

–комплексные оценки санитарного состояния природных объектов (выраженные в баллах, процентах или других единицах);

–индексы загрязнения (ИЗ); общий принцип расчета индексов загрязнения следующий: вначале определяется степень отклонения каждого загрязнителя от его ПДК, затем полученные величины объединяются в суммарный показатель.

По полученным результатам делается вывод о санитарногигиеническом состоянии объекта.

Экологический мониторинг имеет целью оценку и прогноз антропогенных изменений в экосистемах и ответной реакции на них живых организмов. При этом основное внимание уделяется изучению всей экосистемы, а не только отдельных популяций живых организмов. В качестве критериев в экологическом мониторинге используются следующие:

–сбалансированность процессов образования продукции и деструкции;

–величина первичной продуктивности;

–скорость круговорота веществ.

Основной целью экологического мониторинга является определение отклика экосистем на антропогенные нарушения. Для этого используют различные индексы, основанные на теории информации. Примером может служить индекс видового разнообразия Шеннона (Н):

где N – общее число особей; s – число видов; Ni – число особей i-го вида.

Этот индекс отражает тот факт, что при любом негативном воздействии разнообразие видов в биоценозе уменьшается, а численность устойчивых видов возрастает. Так, на незагрязненных участках индекс Шеннона может быть равен 2,0 – 5,0, в то время как на аналогичных загрязненных участках он составляет 0,1 – 1,9.

Кроме снижения численности, реакцией экосистемы на загрязнение может быть снижение ее устойчивости, что также определяется специальными индексами и функциями.

Особенностью экологического мониторинга является то, что малозаметные при изучении одного организма эффекты приобретают большое значение при рассмотрении всей экосистемы в целом.

Климатический мониторинг – служба контроля и прогноза колебаний климатической системы.

Структуру системы мониторинга можно представить с помощью четырех основных блоков: «наблюдение за состоянием окружающей среды», «оценка фактического состояния среды», «прогноз будущего состояния среды», «оценка прогнозируемого состояния среды». Процесс мониторинга лежит в основе управления качеством окружающей среды

(рис. 22).

Прямая связь

Обратная связь

Рис. 22. Структура системы мониторинга

Основные способы наблюдения за состоянием окружающей среды:

1. Контрольно-замерные станции – специально оборудованные лаборатории, которые бывают передвижными и стационарными. В России с конца 60-х гг. действует общегосударственная станция наблюдения и контроля за состоянием окружающей среды. Наблюдения ведутся на трех уровнях:

–локальном (локальные контрольно-замерные станции и вычислительные центры обработки информации);

–региональном (обработка всей поступающей от локальных станций информации на региональном уровне);

–государственном – главный центр обработки данных.

2.Автоматизированные системы слежения за качеством окружа-

ющей среды – электронные, полностью автоматизированные системы наблюдения, позволяющие оперативно отслеживать изменения состояния среды в автоматическом режиме. Автоматические системы фиксируют залповые, аварийные выбросы в различное время суток, не прерывая свою работу в праздничные и выходные дни.

3.Биологическая индикация – перспективный метод наблюдения за состоянием среды. Она основана на реакции различных организмов на загрязнение окружающей среды. Биологическая индикация лежит в основе биомониторинга – наблюдение за качеством окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых организмов. Например, биомониторинг водной среды, применяемый Росгидрометом, оценивает состояние планктона, безпозвоночных и других мелких организмов. Качество воздуха оценивается при помощи лишайников, деревьев и кустарников, их состояния, биомассы и окраски.

В некоторых случаях биоиндикация становится незаменимым источником информации. Так, например, при быстром разложении пестицидов трудно иначе оценить их исходные концентрации в почве.

Биоиндикаторы выбирают с учетом следующих особенностей:

– быстрота реакции;

– надежность (ошибка менее 20 %);

– простота наблюдения;

– мониторинговые возможности (постоянное присутствие в среде). Чаще всего применяют следующие растения-индикаторы (так назы-

ваемые тест-организмы):

– одноклеточные зеленые водоросли;

– простейшие (например, инфузория-туфелька);

– членистоногие (рачки-дафния);

– мхи и лишайники;

– цветковые.

При биоиндикации сравнивают состояние тест-организмов с контрольными экземплярами.

Например, при загрязнении почвы солью на листьях липы появляются черные пятна. Загрязнение атмосферы сернистым газом обуславливает пятна на листьях подорожника.

4.Индикаторы неживой природы (снег, торф)также позволяют судить

осостоянии окружающей среды. Например, исследование снега проводится вблизи предприятия в конце зимы, полученные результаты затем пересчитывают на единицу времени и экстраполируют на год.

5.Методы дистанционного наблюдения (космические системы,

спутники, и т. п.) широко применяют для оценки глобальных изменений

биосферы. Особенно эффективны системы трехуровнего наблюдения с помощью спутниковых систем, самолетов и наземных служб.

На основе наблюдаемого состояния среды строится прогноз об ее будущем состоянии. Задачи экологического прогнозирования состоят в разработке прогнозирующих моделей и оценке достоверности прогнозов.

При составлении экологических прогнозов используются разнообразные методы исследования: сравнительный, метод аналогий, экстраполярный и т.п.

Методы прогнозирования будущего состояния экосистем можно разделить на качественные и количественные. Качественные – основываются на логическом анализе объектов, используя установленные закономерности. Количественные – заключаются в математическом анализе построенных моделей сложных систем.

Чаще всего разрабатываются модели промышленных объектов и территорий с разной глубиной их проработки. Моделирование обычно осуществляется на двух уровнях:

–первый уровень обеспечивает моделирование технологических процессов отдельных производств с учетом их локального воздействия на окружающую среду;

–второй уровень представляет собой эквивалентное моделирование на основе общих показателей работы групп промышленных объектов целого административного региона с целью оперативного прогнозирования экологической обстановки.

Модели могут быть детерминированными (давать точный прогноз состояния системы) и вероятностными (предсказывать события с некоторой долей вероятности).

При моделировании строят поля загрязнения (по данным прямых измерений или в результате решения ряда уравнений, описывающих рассеяние примесей). На основе этого оценивается экологическая ситуация

врегионе.

Выводы, сделанные на основе моделей, могут носить объяснительный характер (т.е. объяснять ситуации в прошлом) и прогнозировать ситуации в будущем. На основе новых данных и сведений модели модифицируются; весь процесс повторяется циклически по тому же контуру. Таким образом, любая модель носит временный характер. Нет единственно правильной модели.

Анализ прогнозируемого состояния экосистем позволяет выбирать приоритетные природоохранные мероприятия.

Раздел 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА «ТЕРМИНО-ПОНЯТИЙНЫЙ АППАРАТ»

Ответы на вопросы являются названиями терминов. Номера вопросов соответствуют номерам в раздаточном материале специальных кроссвордах (прил. 3). Слово, вставляемое в кроссворд, может быть существительным или прилагательным в именительном падеже, в единственном или во множественном числе. Если термин является словосочетанием, в кроссворд вставляется одно из слов.

Контрольные вопросы

1.Наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.

2.Безразмерная устойчивая система компонентов живой и неживой природы, связанных потоками вещества, энергии и информации.

3.Неживая составляющая экосистемы.

4.Область распространения живого вещества на Земле и само живое вещество.

5.Газовая оболочка Земли.

6.Водная оболочка Земли.

7.Твердая оболочка Земли или земная кора.

8.Совокупность живых организмов, присутствующих в данной экосистеме.

9.Зона в атмосфере, защищающая все живое вещество Земли от ультрафиолетового излучения.

10.Совокупность популяций, входящих в биогеоценоз.

11.Относительно однородное жизненное пространство, занятое одним биоценозом.

12.Экосистема на определенном участке земной поверхности.

13.Крупная экосистема, включающая множество биогеоценозов.

14.Совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого происходит обмен генетической информацией.

15.Место обитания популяции.

16.Совокупность генов, характеризующих данный вид организмов.

17.Изменение наследственных свойств организма при нарушении процесса передачи генетической информации.

18.Способность популяции или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменившихся условиях среды.

19.Вид устойчивости экосистемы, характеризующийся ее способностью сопротивляться нарушениям, оставаясь неизменной.

20.Вид устойчивости экосистемы, характеризующийся ее способностью быстро восстанавливаться после нарушения структуры и функции.

21.Последовательная необратимая смена биоценозов под действием природных и антропогенных факторов.

22.Способность экосистемы противостоять внешним воздействиям и сохранять свою структуру и функциональные особенности.

23.Процесс преобразования бактериями химической энергии реакций окисления в энергию синтеза органических веществ.

24.Процесс превращения солнечной энергии в химическую путем синтеза органических соединений из неорганических веществ.

25.Организмы, неспособные создавать собственное органическое вещество из неорганических компонентов.

26.Организмы, которые в зависимости от условий среды способны и синтезировать органическое вещество, и потреблять вещество, созданное другими видами.

27.Организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических.

28.Перенос энергии пищи через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими.

29.Организмы в цепи питания, питающиеся готовым органическим веществом, но не доводящие его разложения до простых минеральных соединений.

30.Организмы в цепи питания, перерабатывающие отходы жизнедеятельности других организмов в простые минеральные компоненты.

31.Организмы в цепи питания, способные продуцировать органическое вещество из неорганического.

32.Общее количество органического вещества, производимого популяцией или сообществом за единицу времени на единицу площади.

33.Графическое изображение структуры трофической цепи, показывающее соотношение между ее компонентами.

34.Любые условия среды, способные оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы.

35.Совокупность свойств неживой природы.

36.Совокупность воздействий жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других и на среду обитания.

37.Факторы, представленные различными характеристиками почв.

38.Совокупность природных условий, присущих данной территории.

39.Условия среды, характеризующие ее химический состав. 40.Факторы, связанные с рельефом местности, высотой над уровнем

моря.

41.Факторы, характеризующие влияние животных на другие живые организмы.

42.Факторы, характеризующие влияние растений на другие живые организмы.

43.Условия среды, характеризующие воздействие микроорганизмов на другие живые организмы.

44.Факторы, ограничивающие жизнедеятельность организма.

45.Факторы, которые характеризуют воздействие жизнедеятельности человека на другие живые организмы.

46.Величина выносливости организма к данному фактору.

47.Способность вида адаптироваться к отдельным факторам или их комплексу.

48.Наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность при изменении уровня экологических факторов.

49.Совокупность территориальных и функциональных характеристик среды обитания, соответствующих требованиям данного организма или вида.

50.Часть биосферы, преобразованная человеком в техногенные объекты.

51.Относительно однородная территория, на которой наблюдается закономерное повторение тождественных участков.

52.Внесение в среду нехарактерных для нее компонентов, а также превышение естественного уровня этих компонентов в среде.

53.Процесс преобразования естественных ландшафтов в искусственные под влиянием городской застройки.

54.Введение в окружающую природную среду компонентов, вызывающих изменение ее химических свойств.

55.Внесение в окружающую природную среду компонентов, оказывающих лишь механическое воздействие без изменения ее физикохимических свойств.

56.Изменение физических параметров окружающей среды.

57.Появление необычно большого количества микроорганизмов в экосистеме.

58.Вещества, применяемые для уничтожения сорняков.

59.Синтетические поверхностно-активные вещества, употребляемые как моющие средства и эмульгаторы.

60.Вещества, используемые для уничтожения насекомых-вредителей. 61.Галогеносодержащие высоколетучие вещества, разрушающие

озоновый слой Земли.