Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Учебное пособие по курсу «Экология»

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 63 4 5 6 > Следующая >>>

вещества и выделяя в нее продукты своей жизнедеятельности, изменяет ее таким образом, что среда обитания становится непригодной для его суще-

ствования.

Таким образом, организмы испытывают воздействие постоянно меняющихся

условий среды, но и сами способны изменять эти условия.

Экологические факторы – это любые условия среды, способные оказывать

прямое или косвенное влияние на живой организм даже на протяжении од-

ного из периодов его развития.

Живое вещество способно существовать только в потоке непрерывного обмена

веществ, энергии и информации с окружающей средой. Прекращение движения в

этом потоке хотя бы одного компонента прекращает жизнь организма.

Живое вещество состоит почти на 99 % из элементов, которые повсеместно присутствуют и в атмосфере, и в гидросфере. Благодаря обмену веществ обеспе-

чивается относительное постоянство химического состава всех частей организма.

Здесь уместно привести закон физико-химического единства живого веще-

ства, сформулированный В. И. Вернадским: все живое вещество Земли физико

– химически едино.

Каждая отдельно взятая биологическая система существует ограниченное время, поэтому поддержание жизни невозможно без воспроизведения себе подобных

(самовоспроизведение). В основе последнего лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено информацией, заложенной в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).

Существенным свойством живого является обмен веществ, энергии и инфор-

мации. Организм потребляет из окружающей среды энергию и вещества и ис-

пользует их для жизненно важных реакций, а затем возвращает в среду эк-

вивалентное количество энергии и вещества, но уже в другой форме, менее при-

годной для него. Об объектах живой и неживой природы, их взаимосвязи в процессах жизнедея-

тельности получено огромное количество информации. В частности, биофизика и биохимия, изучающие молекулярные процессы в биосистемах, дают информацию о многих этапах молекулярных превращений различных подсистем организма, биомолекул, кинетики биохимических и биофизических реакций и структурных изменений в объектах живой и неживой природы. Получена обширная информация о механизме наследственности, указывающем на взаимосвязи объектов живой и неживой природы. Но по мере открытия все новых результатов поступает иная

информация, не имеющая интерпретации на основе известных знаний. Анализ информационных процессов в биосистемах давно проводится на основе

кибернетического подхода, в котором предполагается, что сигналы между элементами биосистемы переносятся химическими, биоэлектрохимическими способами и различными физическими полями. Связанность биосистем в проблеме взаимодействия с доминирующими электромагнитными излучениями (ЭМИ) в биосистемах со структурной точки зрения могут быть сформулированы следую-

щими положениями:

1) В процессах синтеза и распада (биохимические реакции метаболизма) про-

исходит излучение и поглощение квантов ЭМИ. Эти процессы могут реализовать каналы передачи информации между мембранными субъединицами, мембранами, клеточными составляющими, клетками, между компонентами

генетических систем (ДНК, РНК, белками, аминокислотами).

2) Электронные состояния биосистем, как правило, вырождены (обладают разнообразными пространственными конфигурациями при одной и той же энергии). Они могут терять вырождение под воздействием слабых внешних ЭМИ. Вследствие этого могут быть запущены новые цепи процессов синте-

за и распада.

3) Наличие коллективизированных электронных состояний в биомолекулах приводит к когерентному взаимодействию с излучением электронной системы объекта. Характер излучения может играть существенную роль в переходе электронной подсистемы объекта (клетки) в новое коллективное со-

стояние.

Любая связь основывается на процессах обмена или передачи информации.

Совмещение многообразия существующих воздействий на различные информационные процессы приводит к обобщѐнному представлению о роли, которую играет информация в функционировании известных и малоизученных связей в при-

роде в виде различных категорий информационного поля (ИП). При этом в зависимости от рассматриваемой задачи, можно говорить об ИП

Солнечной системы, ИП Земли. ИП биообъектов и так далее. Авторы ряда концепций: конкретизируют физическое представление ИП, распространяя его действие на Вселенную. Источником любой информации являются процессы, а носителем информации физические поля. Эти процессы могут быть внутриядерными, внутримолекулярными, внутриклеточными, внутриорганными и внешними по от-

ношению к организму, то есть информация – это осознанное или неосознанное

проявление действия сил природы. Информацию создать невозможно, как невозможно создать природные объекты, которые можно только находить или откры-

вать. Одним из удивительных фактов сложности передачи информации может слу-

жить обнаруженная В.П. Казначеевым дистанционная связь между биологическими клетками. Две культуры тканей помещались в изолированные друг от друга пробирки. В одну из них вливался раствор яда, клетки погибали в обеих пробирках по одному механизму. В отсутствие яда подобного эффекта не наблюдалось. Единение мироздания подтверждается еще целым рядом удивительных фактов. Например, человек в стрессовом состоянии способен изменить уровень радиации окружающей среды, вызывая вспышку ионизирующего излучения волевым усилием, что зарегистрировано приборами и свидетельствует о равноправности в обмене информации между еѐ участниками (окружающая среда ↔ человек). Сдвиг информационного равновесия зависит от энергетического состояния участников,

то есть от их подготовленности отдать информацию. Информационные сигналы из внешнего мира принимаются рецепторами кле-

ток. При этом белки ответственны как за рецепторные функции, регистрирующие изменения внешних физических полей (теплового, магнитного, электромагнитно-

го, включая радиочастоты, УФ, ИК и т. д.), так и за изменения химического соста-

ва клетки. В результате происходит сдвиг в ту или иную сторону физико-химических процессов. Сигналы могут передаваться либо одновременно физическими и химическими

агентами, либо одним из них, например, передачей с кровотоком химического соединения или электрическим импульсом по нервному волокну, возбуждающему окрестные клетки. В организме в целом можно полагать, что система одновременной передачи обоими агентами происходит по эстафете: электрический сигнал выполняет основную роль «вестника», предваряющего относительно тихоходную (определяемую диффузионными процессами) передачу базового химического

преобразования. В общем случае достоверно установлена передача информации на различных уровнях: космос – человек, человек - растения, человек- вода. А также между жи-

вотными, растениями, бактериями и т.д. Все это, так или иначе, связано с гло-

бальной проблемой космическо - земных связей. В частности, А.Л.Чижевским установлено, что частота возникновения эпидемий, изменений в сердечно - сосуди-

стой и нервной системах человека, смертность от различных заболеваний коррелирует с периодичностью солнечной активности. В настоящее время обнаружена связь с солнечной активностью климатических изменений, скорости роста растений, скоростей химических и биофизических реакций. Поскольку структура солнечной Системы (Солнце и планеты) совпадает с планетарной моделью атома Резерфорда (ядро и электроны), можно предположить схожесть механизмов информационного взаимодействия в этих структурах. В частности, внутренние процессы в базисах каждой структуры (Солнца и ядра) должны определенным образом сказываться на своих сателлитах (планетах и электронах). Что доказывается в книге А.Н. Павлова и Ю.М. Ермолаева «Биоинформационная экология» М.,

ИРИАС, 2011г.,144 стр. Все тонкие (микроскопические) эффекты на уровне изменения состояния элек-

тронов, атомов, макромолекул и т.д., безусловно, являются первопричинными, но

в итоге проявляют они себя на макроскопических уровнях в сдвигах физико – хи-

мических процессов в объектах живой и неживой природы в пределах Земли, что,

прежде всего, отражается на биосфере при еѐ загрязнении. Источники загрязнения биосферы принято разделять на природные и промышленные. Природные источники загрязнения вызваны естественными процессами

(извержением вулканов, почвенной пылью и др.), такие источники, как правило, локализованы и не являются определяющими для биосферы в целом. Про-

мышленные источники загрязнения биосферы могут оказывать длительное раз-

рушительное действие. Эти источники разделяют на материальные (вещества), включающие механические, химические и биологические загрязнения, и энерге-

тические (физические). Общепринятая систематизация промышленных источников загрязнения биосферы приведена на схеме (рис.3.1) Непосредственными объектами загрязнения служат основные сферы обитания

биотического сообщества: атмосфера, вода, почва. Жертвами загрязнения являются составляющие биоценоза: растения, животные, микроорганизмы. Всякое за-

грязнение, как правило, не всегда ощущается сразу и часто имеет скрытый харак-

тер, причем это может быть и необязательно прямой выброс в природную среду вредных веществ. Например, такой «безобидный» процесс, как отвод воды из водоемов для различных хозяйственных нужд, приводит к изменению естественного

режима температуры (тепловое загрязнение), что затрагивает целый ряд взаимо-

связанных процессов, характеризующих данную экологическую систему, вплоть до полного ее уничтожения (например, катастрофа Аральского моря). Опасным при изменении любой экологической системы является появление не свойствен-

ных ей веществ. Вещества, воздействующие на организм человека или экосистему, называют

вредными веществами. Степень опасности вредных веществ устанавливается в

зависимости от

различных норм и показателей, и в первую очередь от предельно допустимой

концентрации (ПДК) вредного вещества, под которой понимают концентрацию,

не вызывающую каких-либо болезненных изменений в организме человека. Естественно, что оценка ПДК в различных средах должна производиться по-разному.

• В воздухе:

- ПДК в воздухе, мг/м

. Это концентрация при работе в пределах всего рабочего стажа не должна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами исследования в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколений. Рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над площадкой, на которой находятся

места постоянного или временного пребывания работающих;

- ПДК

Загрязняющее вещество

ПДК

М.Р.

ПДК

С.С.

Двуокись азота

0,085

0,04

Аммиак

0,20

0,04

Ацетон

0,35

Сероводород

0,008

Свинец

0,01

0,0003

Неорганические соединения ртути (в пере-

расчете на ртуть)

0,0003

Серная кислота

0,3

0,1

Окись углерода Сажа

0,15

0,05

Метанол

1,0

0,5

Фенол

0,01

0,003

ства в воздухе населенных мест, мг/м

– предельно допустимая максимальная разовая концентрация веще-

М.Р.

. Это концентрация вредного вещества в

воздухе, которая при вдыхании в течение 20 мин не должна вызывать рефлектор-

ных реакций в организме человека;

- ПДК

– предельно допустимая среднесуточная концентрация химического

С.С.

вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация не должна оказы-

вать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неограничен-

но долгом (годы) вдыхании.

• В водной среде:

- ПДКв - предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема хозяй-

ственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, мг/л. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на органы человека в течение всей жизни и на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

• В почве:

- ПДКп - предельно допустимая концентрация вещества в пахотном слое поч-

вы, мг/кг. Эта концентрация не должна вызывать прямого и косвенного отрицательного влияния на соприкасающиеся с почвой среды и здоровье человека, а

также на самоочищающую способность почвы.

• В продуктах питания:

- ПДКп (ДОК) - предельно допустимая концентрация (допустимое остаточное

количество) вещества в продуктах питания, мг/кг. При отсутствии ПДК в различных средах устанавливается временный гигиени- ческий норматив ВДК (ОБУВ) - временно допустимая концентрация (ориентиро-

вочно безопасный уровень воздействия) вещества. Временный норматив устанав-

ливается на определенный срок (два-три года). Значения ПДК некоторых (наиболее часто встречающихся) веществ приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Предельно допустимые концентрации некоторых загрязняющих веществ в

воздухе, мг/м

Если различные вещества могут оказывать сходное неблагоприятное воздейст-

вие на организм, то действует так называемый «эффект суммации»:

где C1, С2, ..., С ции, а ПДК1, ПДК2, …, ПДК

– концентрация вредных веществ, обладающих эффектом сумма-

- предельно допустимые концентрации этих ве-

ществ. Таким образом, в воздухе населенных пунктов, цехов предприятий и т. д. сумма

отношений концентрации к ПДК веществ, обладающих эффектом суммации, не

должна превышать единицы. Процессы загрязнения в широком смысле можно классифицировать следую- щим образом:

• инградиентное загрязнение как совокупность веществ, чуждых данной эко- системе;

• параметрическое загрязнение, связанное с изменением качественных пара- метров окружающей среды;

• биоценотическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов;

• антропологическое загрязнение, представляющее изменение экологических

систем в процессе природопользования, связанном с оптимизацией природы в ин-

тересах человека. Вредные вещества проникают в организм человека чаще всего через дыхатель-

ный тракт, реже через пищеварительный тракт или кожу. Ингаляционный путь поступления наиболее опасен, так как огромная всасывающая поверхность лег-

ких, усиленно омываемых кровью, позволяет ядам быстро и почти беспрепятственно проникнуть к жизненно важным центрам. Вредные вещества могут оказывать на организм как местное, так и общее действие. Первое – это результат раздражения тканей в месте попадания. Так дейст-

вуют кислоты, щелочи, некоторые соли и газы (хлор, диоксид серы, хлороводо-

род, аммиак).

При общем действии яды всасываются в кровь, разносятся по организму и отравляют ткани и внутренние органы. К ним можно отнести пары ртути, сероводоро-

да, оксид углерода и др.

Степень ядовитости вещества характеризуют следующие факторы:

• химическая структура;

• свойства и физическое состояние вещества (летучесть, растворимость, дис- персность, агрегатное состояние);

• концентрация вещества, длительность воздействия и температура;

• комбинированное действие ядов, причем токсичность каждого из них может

усиливаться или видоизменяться (хлор и диоксид серы, метилмеркаптан и диок-

сид серы). В гомологическом ряду предельных углеводородов сила наркотического действия возрастает с увеличением числа атомов углерода в молекуле. Чем выше растворимость ядов в воде и других жидкостях, тем выше их токсич-

ность. Хорошо растворимый хлорид бария высокотоксичен, а нерастворимый в

Соединение

Применение

4-Аминобифенил

Резина

Асбест

Изоляция

Бензин

Горючее, растворитель

Бензидин

Резина и краски

Хлорметил, эфир и технический хлорметилэфир

Химическая промышленность

Хром и соединения хрома

Краски для покрытия металлов, сварка

Горчичный газ

Боевое отравляющее вещество

2-Нафтиламин

Резина и краски

Сажа, деготь и некоторые минеральные масла

Резина, переработка угля, машиностроение

Винилхлорид

Пластмассы, изоляция

воде сульфат бария не только не ядовит, но и используется в медицине как рент-

геноконтрастное вещество. С повышением дисперсности увеличивается токсич-

ность вещества. Наиболее опасны яды, находящиеся в парообразном и газообраз-

ном состояниях. Если говорить о веществах, оказывающих наиболее вредное прямое воздейст-

вие на человека, то здесь особую опасность представляют канцерогенные веще- ства, то есть те, которые катализируют процесс развития опухолей, в том числе и

злокачественных. Наиболее часто встречающиеся из них представлены в табл.3.2.

Таблица 3.2

Химические вещества, канцерогенные для человека

Специфические проявления возникают в основном в городах при загрязнении среды фтором, бериллием, асбестом (с последующим возможным исходом в канцерогенез), марганцем (хронические пневмонии), золой ТЭС и котельных (забо-

левания легких), мышьяком и свинцом (нарушения со стороны желудочно-кишеч-

ного тракта). В частности, по имеющимся сведениям, в крови современных людей содержится свинца в сотни раз больше, чем по предельно допустимой норме. Между тем если раньше полагали, что существует безопасный уровень свинца в организме, то согласно современной точке зрения воздействие даже малых его количеств непредсказуемо. У беременных женщин возможны по этой причине ранние роды или выкидыши, у женщин пожилого возраста свинец нарушает усвоение кальция. В особой же опасности находятся дети в первые четыре года жизни, когда у них развивается головной мозг. Свинец, по оценке медиков, не только нарушает нормальный обмен веществ в организме человека в силу своей высокой токсичности, но и вызывает его повышенную агрессивность, что чрезвычайно опасно в нашем социально неустойчивом мире. Есть, кстати, версия, согласно которой особая агрессивность знаменитого римского императора Калигу-

лы была вызвана и тем, что он хранил свое любимое вино в свинцовых сосудах.

Постоянную и основную экологическую опасность для крупных городов России представляет современный автотранспорт. В составе отработанных газов любого бензинового двигателя содержится около 200 различных веществ, в том числе 3 % оксида углерода, 0,06 % оксида азота, углеводородов и бензопирена. За год

при 15 тыс. км пробега автомобиль потребляет 4 т кислорода и выбрасывает в атмосферу 3 т диоксида углерода, 500 кг оксида углерода, 90 кг углеводородов, 30 кг оксида азота. Ежегодно с выхлопными газами автомобилей поступает 0,4 млн. тонн свинца, то есть практически весь выброс свинца в атмосферу. В крупных го-

родах на долю автотранспорта приходится от 60до 90 % всех загрязнений.

Лекция 4. Глобальные экологические проблемы.

Рациональное

природопользование и охрана окружающей среды

Все как текущие, так и перспективные экологические проблемы в настоящее

время решаются с помощью экологического мониторинга. При этом должно учитываться, что качество окружающей среды определяется совокупностью ее параметров, которые, с одной стороны, должны соответствовать экологической нише

человека, а с другой – научно-техническому прогрессу общества. Своевременная

реакция на изменения в экологической системе возможна при наличии начала отсчета, то есть тех или иных показателей данного экологического фактора. Начало

отсчета – это фоновое состояние, не подверженное антропогенным воздействи-

ям. Параметры фонового состояния, по мнению академика Ю.А. Израэля, имеют два уровня качества (минимальный и максимальный), за пределы которых посто-

ронние воздействия не должны выводить данную систему. ПДЭН - предельно допустимая экологическая нагрузка. Эта единица установ-

лена в связи с тем, что для нормального функционирования и устойчивости экосистем и биосферы не следует превышать определенные экстремальные нагрузки на них. В связи с этим необходимо вести поиск критических или наиболее чувствительных звеньев в экосистемах, которые быстрее и точнее других характеризуют их состояние. Экологический мониторинг призван обеспечивать оптимальные

условия жизнедеятельности различных биообъектов. Под мониторингом понимают систему наблюдения за изменениями состояния

среды, вызванными антропогенными причинами. Термин «мониторинг» образован от латинского слова «монитор», что переводится как «наблюдающий» или «предостерегающий». Секретариат ООН по окружающей среде определил эколо-

гический мониторинг как систему повторных наблюдений за элементами ок- ружающей среды в пространстве и во времени с определенными целями и в соответствии с заранее подготовленными программами.

Экологический мониторинг включает звенья разного уровня:

1) глобальный мониторинг - на основе международного сотрудничества;

2) национальный мониторинг - общегосударственная система наблюдения и

контроля (необходимость проведения первого и второго уровней мониторинга и

их взаимосвязь хорошо иллюстрируется в табл.4.1)

3) региональный мониторинг;

4) локальный мониторинг, или импактный, - объектом отдельный населенный пункт или предприятие.

Страна

Общий объѐм, тыс. тонн

Доля поступления из других стран, %

Норвегия

25,5

Швеция

47,5

Дания

10,9

Великобритания

84,7

Нидерланды

17,3

Польша

133,0

Бельгия

15,1

Германия

115,8

Швейцария

14,1

Австрия

34,1

Франция

121,0

Италия

113,2

Таблица 4.1.

Среднемесячные поступления оксидов серы (данные на 2000 г.) по странам

Европы (результаты работы ТЭС и химических предприятий)

К настоящему времени тенденция поступлений SO2 сохраняется. Следователь-

но, роль глобального мониторинга является определяющей и крайне необходи-

мой. Поскольку ответственность на странах-загрязнителях (см. географическое

расположение и преимущественную «розу» ветров) лежит не только в выплате огромных штрафов, но и заставляет их активизировать соответствующие эколого-

защитные мероприятия внутри своей территории. Основной базой глобального и национального мониторинга является космиче-

ская техника. Известно, что искусственные спутники Земли позволяют вести успешные наблюдения за состоянием биосферы Земли и получать информацию, ко-

торую практически невозможно добыть в результате наземных наблюдений. Задачами глобального и национального мониторинга могут быть, например,

слежение за динамикой популяции вредных организмов, в частности насекомых, на больших площадях, учет движения охраняемых видов растений и животных,

возможности нанесения ущерба лесам, полям, водоемам. Для проведения мониторинга любого уровня используются современные мето-

ды анализа и контроля окружающей среды. Применение разнопрофильных спектральных и химических методов анализа с широким привлечением вычислитель-

ной техники позволяет получать достоверную информацию об экологической об-

становке. Наряду с современными техническими методами анализа и контроля используются и естественные природные явления. Например, саморегуляция экологических систем позволяет вовремя сигнализировать о грозящей опасности, что можно использовать при проведении регионального или локального мониторинга методом биологической индикации, основанным на реакции живых организмов,

чувствительных к конкретным химическим примесям. Примером использования биотестирования с помощью растений является Гол-

ландия, где такие полезные для человека растения, как гладиолусы, тюльпаны

(тест-объекты на накопление фторидов), итальянская ржаная трава (тест-объект

на накопление ионов тяжелых металлов), используются для анализа загрязнений на больших площадях страны. Методы биотестирования водоемов в искусствен-

ных условиях с помощью живых организмов, таких, как дафния (рачки), пиявки (черви), инфузории (простейшие) и др., находят в настоящее время широкое при-

менение во многих странах. Определенное распространение в настоящее время получил метод лихеноиндикации (от лат. Lichenes – лишайники), основанный на учете количества лишайни-

ков в городских насаждениях, районах крупных предприятий. Установлена однозначная связь (обратно пропорциональная) между наличием лишайников на стволах деревьев и «полями загрязнения» воздуха. Факт отмирания деревьев при от-

сутствии жуков-короедов также служит биологическим индикатором загрязнения воздуха или почвы веществами промышленного происхождения. Для получения информации об изменениях, происходящих на биосферном

уровне, в системах национального мониторинга России действуют восемь «фоно-

вых станций». В экологическом мониторинге информативность биологических электромаг-

нитных излучений (ЭМИ) разных спектральных диапазонов иногда имеет преобладающее значение перед другими контрольными параметрами. Рассмотрим ча-

стный случай ЭМ-индикации стихийных бедствий. При определенных условиях неравновесное состояние может наблюдаться в

объектах как живой, так и неживой природы, например очаг подготовки землетрясения на определенном этапе важную роль играет нервная клетка. Например, из 100 голубей у 50 был отсоединен от ЦНС нерв в лапке. Перед самым землетря-

сением здоровые голуби проявили беспокойство и взлетели, а птицы с изолиро-

ванными нервами взлетели только после дополнительного специального выстре-

ла. Механизм аномального поведения биопредвестников землетрясений в настоящее время не раскрыт и имеет, по-видимому, не только ЭМ-природу. Пока био-

предвестники могут являться лишь дополнительным фактором, который следует учитывать в решении актуальной комплексной проблемы прогноза землетрясе-

ний, являющимся частным случаем мониторинга биосферы. В настоящее время широко развита и постоянно модернизируется наиболее информативная система ЭМ-мониторинга Земли, атмосферы и гидросферы мето-

дом дистанционного зондирования (ДЗ). Для глобального обзора земной поверхности используются спутники, выведенные на квазиполярные круговые ор-

биты с высотой 700-1000 км. Особенностью таких спутников является то, что они

проходят над заданной точкой земной поверхности всегда в одно и то же местное время. Установленная на спутнике аппаратура позволяет проводить поэлементный просмотр поверхности Земли в пределах поля зрения сканирующего прибора. Диапазон зондирования современной аппаратуры может перекрывать спектр от

УФ-области до радиоволн. Опыт дистанционного зондирования многозональны-

ми системами позволил выявить потенциальную информативность практически

любого участка ЭМ-спектра для решения большинства экологических задач. Измерения естественной УФ - радиации были начаты в связи с необходимо-

стью изучения ее влияния на биообъекты. Дополнительный интерес к исследованию условий распространения УФИ в приземном слое возник с началом разрабо-

<<< < Предыдущая 1 23 / 63 4 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]