3951

11

Повестка дня на ХХI век; заявление о принципах управления, сохранения и устойчивого развития всех типов лесов; Рамочная конвенция по проблеме изменений климата, Конвенция по биологическому разнообразию. Всемирная хартия природы принята генеральной Ассамблеей ООН в 1982 г., Венская конвенция об охране озонового слоя – в 1985 г., а стокгольмская Конвенция о стойких органических загрязнителях была принята в 2001 г.

Международно-правовая охрана атмосферы Земли осуществляется на основе Венской конвенции об охране озонового слоя и Рамочной конвенции ООН об изменении климата.

1.6 Экологические нормативы и стандарты

Нормирование в области охраны окружающей среды (ОС) – это деятельность по установлению нормативов (показателей) качества ОС; нормативов допустимого воздействия на ОС при осуществлении хозяйственной и иной деятельности; иных нормативов в области охраны ОС; государственных стандартов и иных нормативных документов в области охраны ОС. Цель экологического нормирования – государственное регулирование воздействия хозяйственной и иной деятельности на ОС, гарантирующее сохранение благоприятной окружающей среды при соблюдении социальных и экономических интересов общества.

Предельно-допустимая концентрация – это количество загрязняющего вещества в окружающей среде (почве, воздухе, воде, продуктах питания), которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК рассчитывают на единицу объема (для воздуха), массы (для почвы, пищевых продуктов) или поверхности (для кожи работающих). Предельнодопустимая концентрация загрязняющего вещества в окружающей среде не рассчитывают на единицу плотности. В нашей стране действует более 1900 ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500 для атмосферного воздуха и более 130 для почв.

2. Глобальные экологические проблемы

2.1 Проблема кислотных осадков

Кислотные осадки – это дождь, снег или дождь со снегом, имеющие повышенную кислотность. При конденсации водяного пара в атмосфере образуется дождевая вода, изначально она имеет нейтральную реакцию

12

(рН=7,0). Но в воздухе всегда имеется углекислый газ, и дождевая вода, растворяя его, несколько подкисляется за счет образовавшейся угольной кислоты (рН =5,6–5,7), то есть природная дождевая вода имеет слабокислую реакцию. Кислотные осадки возникают главным образом из-за выбросов оксидов серы и азота в атмосферу при сжигании ископаемого топлива (угля, мазута, нефти и природного газа) и выплавки металлических руд. Сернистый газ и сернистый ангидрид, оксиды азота, при попадании в атмосферу соединяются с влагой воздуха с образованием серной, сернистой и азотной кислот. В результате формируются «кислотные дожди». Сернистый газ и сернистый ангидрид вносят наибольший вклад в формирование «кислотных осадков», так как именно серная кислота и ее соли на 70–80 % обусловливают кислотность дождей.

«Кислотные осадки» наносят огромный вред лесным экосистемам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Подкисление почвы при выпадении «кислотных осадков» увеличивает подвижность алюминия, который токсичен для мелких корней, что приводит к угнетению листьев, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные древесные породы, что связано с продолжительностью жизни хвои – хвоя у них меняется через 4 – 6 лет и накапливает больше вредных веществ. Первым признаком поражения хвойных лесов «кислыми осадками» является сокращение сроков жизни хвои и уменьшение ее размера. Хвойные деревья желтеют, опадает хвоя, изреживаются кроны, повреждаются корни, усыхают вершины. Повреждения лиственных деревьев выражены меньше, но и у них меняется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны. Алюминий широко распространен, он присутствует в значительных количествах во многих горных породах и почвенных минералах. В обычном состоянии этот элемент связан в нерастворимых соединениях, не поглощается организмами и безвреден. Просачиваясь сквозь почву, кислотные осадки выщелачивают из нее алюминий. В кислой среде соединения алюминия растворяются, становятся доступными и оказывают сильное токсическое воздействие как на растения, так и на животных.

2.2 "Озоновые дыры"

«Озоновая дыра» по своей сути – это область с пониженным содержанием озона в озоновом слое стратосферы.

О неожиданном факте обнаружения истощения озонового слоя сообщили специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической

13

службы в 1985 г. По их наблюдениям над станцией Халли-Бей в Антарктиде, весеннее содержание озона в атмосфере уменьшилось с 1977 г. по 1984 г. на

40%.

Пространство, в пределах которого регистрируется уменьшение концентрации озона, получило название «озоновой дыры». «Озоновые дыры» по своей сути представляют собой протяженные области пониженного (до 50 %) содержания озона в озоновом слое стратосферы. Размер «озоновой дыры» над Антарктидой возрастает примерно на 4% в год, в настоящее время она вышла за пределы континента и по размерам (10 млн. км2) превышает площадь США.

Озоновый "экран" расположен в стратосфере, на высотах от 7-8 км. на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22 – 24 км над Землей. Озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин. Озон, также, регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя бы частично уничтожается, то жесткость излучения резко возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и животного мира

Список веществ, разрушающих озон, включает около 100 наименований. Основные техногенные озоноразрушающие вещества – фреоны – широко используются как охлаждающие жидкости в холодильных установках, газывытеснители в аэрозольных упаковках.

Отсутствие или малая концентрация озона приводит к раковым заболеваниям, что самым наихудшим образом отражается на человечестве и его способностью к воспроизводству.

2.3 "Парниковый эффект"

Сжигание ископаемого углеводородного топлива сопровождается выбросами в атмосферу «парниковых газов» – диоксида и оксида углерода, диоксида азота и др. Главным «парниковым газом» является диоксид углерода (углекислый газ).

14

Эксперты Всемирной метеорологической службы прогнозируют, что при современном уровне поступления «парниковых газов» в атмосферу средняя глобальная температура в 21 веке будет повышаться со скоростью 0,25°С за 10 лет. К концу 21 века ее рост может составить от 1,5 до 4°С, в северных и средних широтах потепление проявится сильнее, чем в экваториальной зоне.

Всего известно около 30 «парниковых газов», к ним относятся диоксид углерода, метан, хлорфторуглероды (фреоны), озон, оксиды азота и др., которые оказывают неодинаковое действие на развитие «парникового эффекта». Утепляющий эффект «парниковых газов» зависит не только от их количества в атмосфере, но и от относительной активности действия на одну молекулу. Если по данному показателю СО2 принять за единицу, то для метана он будет равен 25, для окислов азота – 165, а для фреонов – 11000. Таким образом, к правильным ответам из предложенных вариантов следует отнести диоксид азота и фреоны.

Атмосфера, насыщенная «парниковыми» газами, действует как крыша парника. Она, с одной стороны, пропускает внутрь солнечное излучение, с другой – почти не пропускает наружу тепло, излучаемое Землей. На поверхность Земли поступает поток солнечных лучей, которые проходят через «парниковые газы», не изменяясь. У поверхности Земли значительная часть солнечных лучей трансформируется в длинноволновое (инфракрасное) тепловое излучение. «Парниковые газы» препятствуют их уходу в космическое пространство, происходит разогрев воздуха, что и обусловливает появление теплового, или «парникового», эффекта. Средняя глобальная температура у поверхности земли в настоящее время составляет +14,7°С. Она достаточно «консервативна», несмотря на то, что складывается из многочисленных показателей, полученных в результате многократных в течение года измерений во многих точках всей земной суши и океанов планеты.

2.4 Энергетическая проблема

Соотношение используемых энергетических ресурсов в истории человечества менялось с развитием цивилизации в зависимости от истощения исчерпаемых энергоресурсов, возможности использования и экологических последствий. Весь ХIХ век и до середины ХХ века главным видом топлива в мировой экономике были ископаемые угли, на их долю приходилась почти половина производства первичных энергоресурсов (первичными

15

энергоресурсами являются каменный и бурый уголь, торф, сланцы, нефть, природный газ и др.).

Ископаемый уголь относится к категории топливно-энергетического сырья, используемого с начала индустриальной эпохи. Переориентация энергетики на жидкое и газообразное топливо сократила объемы использования угля. В настоящее время потребление угля составляет около 34% от основного используемого углеводородного топливно-энергетического сырья (нефть, газ, уголь), а относительный вклад угля в общее использование энергии составляет

25%.

К возобновимым источникам энергии относится гидроэнергия, которая на гидроэнергетических станциях превращается в электроэнергию.

Получение биогаза из органических отходов основано на свойстве последних выделять горючий газ в результате так называемого «метанового сбраживания» в анаэробных (без доступа воздуха) условиях. Биогаз, образующийся при метановом сбраживании, представляет собой смесь, состоящую из 50...80% метана, 20...50% углекислого газа, примерно 1 % сероводорода, а также включающую в себя незначительное количество некоторых других газов (азота, кислорода, водорода, аммиака, закиси углерода и др.). Напомним, что 1 м3 метана при сгорании выделяет энергию, равную примерно 20...25 МДж.

Ветровая энергия, в соответствии резолюцией Генеральной Ассамблеи ООН, которая ввела в 1978 г. понятие «новые и возобновляемые источники энергии» (гидроэнергия рек, солнечная, геотермальная, ветровая энергии, энергия морских волн, приливов и течений, энергия биомассы древесины и др.), является возобновляемым источником энергии. Суммарная оценка мощности воздушных потоков атмосферы составляет 2000 ТВт, но технически возможный объем использования ветра как источника энергии мал. Вклад ветроэнергетики в общее использование энергии в мире составляет не более 2%. В некоторых странах ветроэнергетика активно развивается, например, в Дании ветросиловые установки обеспечивают более 3,7% выработки электроэнергии.

2.5 Проблемы народонаселения и продовольствия

С.П. Капица (1998), разработавший модель роста населения планеты, утверждает, что человечество в настоящее время переживает демографический переход, суть которого заключается в резком возрастании скорости прироста населения, сменяющемся стремительным его уменьшением и последующей

16

стабилизацией численности населения. Демографический переход сопровождается ростом производительных сил, перемещением населения в города и резким изменением возрастного состава населения – «старением» населения.

По данным ООН, в 1950 году население планеты моложе 15 лет составляло 32%, старше 65 лет – 5%, в 2070 году жителей моложе 15 лет и старше 65 лет будет по 20%, а в 2150 году молодых будет около 18%, людей старше 65 лет 23%, то есть усилится процесс «старения» населения, что и приведет сначала к стабилизации, а затем и убыли населения на планете (однодетная семья).. Прогноз динамики численности населения, представленный на рисунке 6, свидетельствует о том, что в 21 веке в России происходит депопуляция населения (быстрое сокращение численности населения).

Россия переживает небывалый демографический кризис. В 2002 году численность населения составляла 145,2 млн чел., в 2005 году – 143,5 млн чел., в 2010 году – 141,9 млн чел. Если эта тенденция сохранится, то по экстраполяционному варианту прогноза к концу 21 века в России останется всего 64 млн человек.

Для изучения демографической структуры населения применяют метод построения половозрастных пирамид (см. рис.), которые отражают структуру населения данной местности (государства) в целом, а также содержат информацию о численности каждой возрастной категории людей и соотношении полов в каждой группе.

17

По ним можно судить о характере роста населения, о причинах изменения численности в прошлом, они дают возможности сделать прогноз на будущее. Возрастные пирамиды строятся в осях возраст – численность с интервалом возраста в пять лет. Для развивающихся стран с быстро растущим населением пирамида имеет широкое основание (возраст от 0 до 4 лет) и быстро сужается к вершине (тип II) вследствие того, что рождаемость высока, а выживаемость низка (Индия, Мексика, Бангладеш и др.). Пирамида населения развитых стран имеет почти отвесные стенки вплоть до старших возрастов (тип I), что свидетельствует о высокой выживаемости и невысокой рождаемости, – пирамида имеет вид колонны (США, страны Европы).

2.6 Сокращение биоразнообразия

Общее количество видов в биосфере определяют в пределах от 5 до 30 млн. Достоверно описано около 1,8 млн видов, из них две трети приходится на насекомых. Считается, что почти три четверти (74% известных и неизвестных диких видов животных и растений мира) обитает в областях тропического климата, причем, по подсчетам биологов, по меньшей мере 50% видов обитают в тропических лесах, которые в настоящее время быстро сокращаются и нарушаются. На долю умеренного климата приходится 24%, полярного – 2% мирового видового разнообразия. В общей массе живого вещества биосферы животные составляют 1,4%.

19

3.2 . Понятие биосферы, еe структура

В. И. Вернадский отводит живым организмам роль главнейшей геохимической силы, по его словам, «на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом. Сущность учения В. И. Вернадского о биосфере состоит в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты. Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

Фактором, ограничивающим распространение жизни в атмосфере, является ультрафиолетовое излучение Солнца, убивающее живые организмы. Верхней границей биосферы служит защитный озоновый слой, имеющий максимальную плотность озона на высоте 20–25 км и задерживающий ультрафиолетовые лучи

3.3 Экология как наука

С научно-практической точки зрения, экологию делят на теоретическую и прикладную. Теоретическая экология является научной основой для прикладной экологии, так как вскрывает общие закономерности организации жизни и функционирования экологических систем и биосферы, что позволяет предотвратить негативные последствия антропогенной деятельности.

Прикладная экология – это большой комплекс дисциплин, связанных с разными отраслями деятельности человека и взаимоотношениями между человеком и природой. К основным задачам прикладной экологии относятся: изучение механизмов антропогенных воздействий на природу; разработка принципов рационального использования, сохранения и воспроизводства природных ресурсов; разработка экологических нормативов и стандартов; оптимизация инженерных решений по защите окружающей среды и др..

А. Лотка (1923, 1925) одним из первых предложил математическую модель взаимодействия животных в системе «паразит – хозяин». В. Вольтерра позднее разработал математическую модель взаимодействия в системе «хищник – жертва», он также сделал анализ взаимоотношений между двумя конкурирующими видами. Предложенные А. Лоткой и В. Вольтеррой уравнения для моделирования таких простейших экологических систем, как

20

«хищник – жертва», «паразит – хозяин», нашли широкое применение в экологии.

3.4 Круговороты веществ в биосфере

По В. Р. Вильямсу, солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ – геологический и биологический. На геологический круговорот расходуется около 50% поступающей на Землю солнечной энергии. Ежегодно на Землю поступает около 21х1020 кДж солнечной энергии, из них около половины расходуется на испарение воды, обеспечивая геологический круговорот воды. На создание органического вещества в процессе фотосинтеза в среднем расходуется 1% фотосинтетически активной радиации Солнца, за счет этой энергии существуют все живые организмы, то есть биотический круговорот обладает более низкой энергией по сравнению с геологическим круговоротом.

Биогенная миграция атомов характеризуется некоторыми особенностями. Найдите эти особенности среди ответов и укажите явление, которое при биогенной миграции атомов отсутствует Мигрирующие элементы перемещаются не только в составе организмов, но и в водной и воздушной средах. В ходе миграции элементы взаимодействуют друг с другом, образуя сложные химические соединения В ходе миграции часто меняется атомный вес химических элементов В ходе миграции сложные химические соединения разрушаются до простых веществ

Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного углекислого газа растениями в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при фотосинтезе углеводов используют сами растения для получения энергии, часть потребляется животными. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и животных. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется до углекислого газа и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс происходит и в океане. Таким образом, в рамках биотического круговорота углерода происходят процессы фиксации и высвобождения углекислого газа.