Контрольные вопросы

1. Что такое экология и предмет ее изучения?

2. Какой вклад в развитие экологии внесли ученые прошлого?

3. Какие разделы выделяются в современной экологии?

4. Какие основные задачи экологии?

2. Биосфера и человек

2.1. Биосфера и ее структура

Ключевым объектом изучения экологии является биосфера. Термин "биосфера" происходит от греческого слова "bios" - жизнь и "sphaira" - шар. Впервые термин биосфера появился в 1875 году в трудах австрийского ученого Эдуарда Зюсса. До него о всепроникающей живой материи указывал известный французский ученый Жан Батист Ламарк. Современное учение о биосфере создал выдающийся русский ученый В.И.Вернадский.

Биосфера– это оболочка земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы неживой природы, образующие среду обитания живых. Таким образом, биосфера включает части атмосферы, гидросферы и литосферы, заселенные живыми организмами. Состав, структура и энергетика биосферы определяются совокупной деятельностью живых организмов.

Биосфера возникла под влиянием солнечной энергии в результате длительных биохимических процессов одновременно с возникновением жизни на Земле (около 4 млрд. лет назад) в виде примитивных биоценозов в первичном Мировом океане. Около 450 млн.лет назад биосфера начала занимать сушу, где эволюционизировала в направлении максимального видового разнообразия.

В биосферу входят: нижняя часть атмосферы, состоящая из тропосферы и нижней части стратосферы, высотой до 20-25 км, гидросфера, где наблюдается жизнь ниже глубины Мирового океана на 1-2км, и литосфера – верхняя часть оболочки земли глубиной до 4,5 км. На этой глубине в нефтеносных водах найдены микроорганизмы.

Верхней границей биосферы служит защитный озоновый экран, который предохраняет живые организмы на Земле от вредных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Нижняя граница обусловлена высокой температурой земных недр – свыше 100^оС. Таким образом, биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу (водную среду), педосферу (почву) и верхнюю часть литосферы (горные породы).

2.2. Атмосфера

Наиболее важной для жизни человека является атмосфера. Атмосфера- газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое.

Первый научный труд, в котором обобщаются представления об атмосфере, принадлежит Аристотелю, высказавшему предпо­ложение, что Земля имеет форму шара и поэтому воздушная обо­лочка, ее окружающая, должна быть сферической. Это и выража­ется словом «атмосфера» (по-гречески «атмос» — пар, дыхание, а «сфера» — шар). В русскую науку это слово ввел М.В. Ломоносов.

Атмосфера по современным данным распространяется над землей на высоту 1500-2000 км (1/3 радиуса Земли). При этом почти половина всей массы атмосферы сосредоточена в пределах 5 км над уровнем моря. Масса этой оболочки округленно составляет 5х10¹⁵ (пять квадратильонов) тонн.

На основании многочисленных наблюдений установлено, что атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение. Атмосфера делится на следующие основные части: нижнюю – тропосферу (простирается на 10-18км), среднюю – стратосферу (50км) и верхнюю – ионосферу. Выше ионосферы, с высоты 1000 км начинается экзосфера, которая простирается на огромное расстояние и переходит в межпланетное пространство. В ионосфере и экзосфере любые формы жизни практически невозможны.

Нижний слой атмосферы – тропосфера содержит примерно 80% всей массы атмосферного воздуха.

Атмосферный воздух – природная смесь газов приземного слоя атмосферы, содержащая в основном азот (78%), кислород(21%), аргон(0,9%) и углекислый газ (0,03%) и сложившаяся в ходе эволюции Земли.

Азот – газ, являющийся основной составляющей воздуха, не поддерживает дыхания и горения, но необходим для роста растений, жизни животных и человека. Азот вырабатывается микроорганизмами, находящимися в земной коре.

Кислород – самый важный для жизнедеятельности компонент воздуха. Он является составной частью всех животных и растительных организмов, входя в состав белков, жиров и углеводов. Кислород необходим для дыхания и горения. Кислород вырабатывается зелеными растениями в процессе фотосинтеза – 100 млрд. тонн ежегодно. Основная роль принадлежит фитопланктону, который выделяет примерно 70% всего атмосферного кислорода. За миллионы лет доля накопленного природой в атмосфере кислорода 21%, сейчас катастрофически уменьшается в результате уничтожения зеленого пояса планеты и интенсивного хозяйственного воздействия. Если количество кислорода в атмосфере снизиться до 16%, будут остановлены основные природные процессы – дыхание, горение, гниение, то есть прекратится жизнь. Ученые предупреждают: возникает угроза мирового кислородного голода.

Озон образуется в атмосфере из молекулярного кислорода, к которому присоединяется атомарный кислород при электрических разрядах в атмосфере и под действием ультрафиолетового излучения Солнца.

Углекислый газ поступает в воздух в результате процессов сжигания топлива, гниения и разложения органических веществ, дыхания людей и животных, вулканической деятельности. Однако существенного накопления углекислого газа в атмосфере не происходит, так как растения поглощают его в процессе фотосинтеза. Ежегодно растения извлекают из атмосферы более 160 млрд. тонн углекислого газа. В результате процентная доля углекислого газа в атмосфере незначительна – 0,03%, но в последние годы отмечается увеличение содержания углекислого газа, что вызывает отрицательные экологические последствия.

На долю всех остальных газов, входящих в состав атмосферного воздуха, приходится всего 0,01%. К этим газам относятся водород, гелий, криптон, ксенон, радон, закиси азота, йод, водяной пар, озон, метан и др.

Атмосферный воздух– важнейший природный ресурс. Атмосферный воздух выполняет геологические, экологические, терморегулирующие, защитные, энергоресурсовые, хозяйственные, оздоровительные и другие функции. Его назначения – снабдить людей, животный и растительный мир жизненно необходимыми газовыми элементами (кислородом, углекислым газом), смягчить температурные перепады (воздух – плохой проводник тепла и холода), защитить поверхность Земли от космического, радиационного и ультрафиолетового солнечного изучения, от метеоритов и прочих космических тел, подавляющая масса которых сгорает в атмосфере; обеспечить производственные процессы кислородом, азотом, водородом и нейтральными газами в качестве производственного сырья и для получения кислорода, азота и т.п. в различных промышленных процессах (горение топлива), выплавки металлов и руд (доменные и мартеновские процессы), для автомобильного и воздушного транспорта и т.д.

Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровня естественного содержания.

Под загрязнением понимается физико-химическое или биологическое изменение, вызываемое действием антропогенных факторов или стихийных природных сил, оказывающих вредное воздействие на людей, животных и растения, окружающую природу в целом.

Все источники загрязнения можно разделить на естественные и антропогенные загрязнители. Источниками естественного происхождения являются загрязняющие вещества природного происхождения, состоящие из таких компонентов, как морская соль, дым и газ лесных или степных пожаров и извержений вулканов, пыль, возникающая из-за эрозии почв, а также растительного, животного и космического происхождения. Основными источниками антропогенного загрязнения атмосферы химическими веществами, поступающими в воздух в газообразном, жидком или твердом состоянии, являются промышленность и транспорт.

Основные экологические проблемы загрязнения атмосферного воздуха, выделяемые учеными в настоящее время, следующие:

1. высокий уровень загрязнения атмосферно­го воздуха городов и промышленных центров;

2. неблагопри­ятное влияние загрязнителей атмосферы на человеческий организм, животных, состояние растений и экосистем;

3. глобальное потепление климата («парниковый эффект»);

4. риск нарушения озонового слоя;

5. выпадение ки­слотных дождей и закисление природных сред за счет ан­тропогенного распространения диоксида серы и оксидов азо­та;

6. фотохимический смог;

7. уменьшение доли кислорода в атмосфере.

Основные направления охраны атмосферы:

1. обеспечение оптимального для жизни качества атмосферного бассейна путем защиты его от различных видов загрязнения (естественного и искусственного происхождения);

2. сохранения оптимального для жизни газового состава атмосферы, прежде всего ее кислородных ресурсов;

3. поддержание оптимального естественного состояния воздушной среды путем предупреждения и ограничения вредных физических воздействий;

4. предотвращение разрушения озонового слоя атмосферы и атмосферных явлений, неблагоприятно воздействующих на погоду и климат, здоровье людей, растительный и животный мир.