Методы консультантов / Экологическая часть / Лекции по Промэкологии ППП

системы, оказываются внезапно нарушенными, то произойдет заметное отклонение от установившегося равновесия, что может привести к катастрофе всей экосистемы.

Полная схема трансформации вещества в экологической системе называется биологическим круговоротом. Его основные блоки: 1) солнечный свет, 2) продуценты, 3) консументы различных порядков, 4) мертвое органическое вещество, 5) редуценты, 6) минеральные вещества, 7) окружающая среда (куда происходит вынос вещества). Время, в течение которого атом углерода совершает полный оборот - это скорость биологического круговорота. Как видим начальным этапом является продукция. Лимитирующие продукцию факторы это:

количество солнечной радиации видимого спектра,

влажность местообитания, свойства почв (ее структура, запасы гумуса, биологическая активность),

биогены (азот, фосфор, калий) и микроэлементы (молибден, медь,

цинк и др.) - вещества, важные для функционирования живого организма.

О других видах круговорота веществ в природе (воды, углекислого газа, азота, фосфора, осадочных циклах и др.) вы можете прочитать в книге Цветковой и др. «Экология»- СПб: Химия, 1999.

Таким образом, устойчивость экосистем и их совокупности, то есть биосферы, зависит от следующих факторов.

Биосфера использует внешние источники - солнечную энергию и энергию разогрева земных недр - для поддержания жизнедеятельности окружающей среды. Постоянное использование определенного количества энергии и ее рассеивание в виде тепла создали тепловой баланс в

биосфере. Нарушение его может привести к смерти живых существ, которые могут существовать только в определенном тепловом диапазоне.

 Биосфера как совокупность экосистем использует вещества (преимущественно легкие биогенные элементы - водород, углерод, азот, фосфор, калий, кислород) в основном в форме круговоротов. Биогеохимические циклы элементов отработаны эволюционно и не приводят к накоплению вредных веществ. Поэтому большинство предприятий по производству пищевых продуктов можно организовать без сброса загрязняющих веществ в окружающую среду - это вы должны постоянно помнить.

В биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ. Конкурентные и хищнические отношения между ними способствуют установлению равновесия и спасают от угрозы со стороны внутренних факторов. У многих видов развиты защитные реакции от болезней, механизм которых изучен не до конца. Генофонд дикой природы - бесценный дар, возможности которого использованы в ничтожно малой степени.

Практически все закономерности, характерные для живого, имеют адаптивное значение. Биосистемы вынуждены приспосабливаться к непрерывно изменяющимся условия жизни. Если темп изменений условий жизни превышает адаптивные возможности систем, то они погибают.

Саморегуляция, или поддержание численности популяции, зависят от совокупности абиотических и биотических факторов.

Итак, мы определили, что экология это наука о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой. А теперь настало время дать понятие, что такое окружающая среда.

Окружающая среда - это совокупность всех экологических факторов, прямо или косвенно влияющих на организмы.

Но здесь возникло новое понятие - экологический фактор. Экологический фактор - любое условие, воздействующее на состояние,

развитие, возможности выживания и развития организмов. Экологические факторы можно классифицировать по следующим направлениям:

1.По отношению к жизни:

абиотические - совокупность физико-химических условий среды (газовый состав воздуха, химизм воды и почвы, давление, влажность, плотность среды, радиационные условия и т.д.)

биотические - взаимоотношения данного организма с другими организмами (потребление, конкуренция, паразитизм и т.д.)

2.по происхождению:

природные - не связанные с человеком

антропогенные (антропические) - воздействия, оказываемые человеком (промышленность, сельское хозяйство, транспорт, рекреация (отдых), промысел и т.д.)

3.по критерию исчерпаемости:

условия - абиотические факторы, которые ни один организм не может сделать недоступным для других (температура, соленость воды и т.д.)

ресурсы - факторы, количественно уменьшающиеся в процессе жизни организма (становятся недоступными для других организмов) - пища, биогенные элементы и т.д.

В отношении действия факторов на организмы справедлив закон

толерантности Шелфорда (В.Шелфорд, 1913 г.): для каждого вида

существуют минимальные и максимальные значения фактора среды (зона толерантности), за пределами которых он не может существовать.

Обычно зависимость “благополучие организма (численность, рост, размножение) - фактор имеет вид параболы. Это один из примеров нелинейности поведения экосистем.

Обычно действие антропогенных нагрузок рассматривают в трех пространственных масштабах:

локальном (метры, километры, десятки километров)

региональном (сотни и тысячи километров)

глобальном (материки, вся планета)

Внастоящий же момент биосфера находится в гомеостазисе, и поэтому действует принцип Ле-Шателье (реакция биосферы против внешнего воздействия направлена на уменьшение этого воздействия) Но пределы гомеостазиса неизвестны. Возможно, человечество подошло к тем границам, за которыми следует нарушение гомеостазиса.

Но все таки, главным объектом экологии является человек. Человек - это неотъемлемая часть природы, и поэтому он не может оторваться от нее, полностью уйти в созданный им же технический мир. В результате возникает реальная опасность загрязнения и отравления природной среды самим человеком.

Широко известны случаи отравления окружающей среды, как например, катастрофический смог в 1952 году в Лондоне, унесший 4000 жизней и др. Однако все же не эпизодические катастрофы представляют главную опасность для человека. Гораздо опаснее постоянная утечка, даже в небольших количества, различных ядовитых веществ.

Способность к адаптации, правда, может уменьшить вредное влияние среды на организм. Так, при повышении концентрации ядовитых веществ в организме печень начинает выделять экзимы, способствующие их разложению Сохранение оптимальной жизнедеятельности человека при взаимодействии с окружающей средой определяется тем, что существует физиологический предел выносливости в отношении любого фактора среды, и за его границами этот фактор неизбежно будет угнетающе влиять на здоровье человека.

Основным фактором технологического характера, оказывающим негативное влияние на здоровье человека, является химическое и физическое загрязнение окружающей среды.

Главными источниками химического загрязнения окружающей среды в России, являются промышленные предприятия, автомобильный транспорт, тепловые и атомные электростанции. В городах весомый вклад в загрязнение среды вносят также слабо утилизируемые отходы коммунального хозяйства, в сельской местности - пестициды и минеральные удобрения, стоки животноводческих комплексов. В целом на каждого жителя России в год приходится до 300 кг загрязняющих веществ.

Атмосферное загрязнение в первую очередь влияет на сопротивляемость организма, результатами снижения которой становится рост заболеваемости населения, а также физиологическое изменения организма.

Загрязнение почвы и воды также становится все более серьезной проблемой в России. Их возрастающее загрязнение токсичными химическими веществами, например, тяжелыми металлами и диоксинами, а также нитратами и пестицидами, оказывает прямое влияние на качество продуктов питания, питьевой воды, и как прямое следствие, снижение показателей здоровья и продолжительности жизни человека.

К основным физическим факторам окружающей среды, негативно воздействующим на здоровье человека, относятся шум, вибрация, электромагнитное излучение, электрический ток.

Постоянные незначительные щумовые воздействия (около 35 дб) могут вызвать нарушения сна. К основным источникам шума относятся транспорт, различные промышленные и сельскохозяйственные предприятия.

Вибрация представляет собой сложный колебательный процесс с широким диапазоном частот. В городах источниками вибрации служит транспорт, а также некоторые виды производства. Длительное воздействие вибрации на организм человека может вызвать также профзаболевание, как

вибрационная болезнь, проявляющаяся в изменении сосудов конечностей, нервно-мышечного и костно-суставного аппарата.

Источниками электромагнитного излучения служат радио, телевизионные и радиолокационные станции, приборы, в том числе бытового назначения. Систематическое воздействие электромагнитного поля радиоволн с уровнями, превышающими допустимые, может вызвать изменения в центральной нервной системе, сердечно-сосудистой, эндокринной и других системах организма человека.

Одним из основных интегральных показателей благополучия общества, в том числе и экологического, - состояние здоровья людей. В 1994 году средняя продолжительность жизни у мужчин в нашей стране снизилась до 58 лет (в промышленно развитых странах на 15-20 лет выше). По этому показателю Россия находится на 71 месте в мире. У нас ослабленных и больных примерно в 1,5 раза больше чем здоровых. Каждый 9-й ребенок рождается с дефектами, каждый 9-й житель - инвалид. Из всех выпускников школ только четверть признается практически здоровыми. Если бы при наборе в армию исходили из критериев, принятых в США, то 90% наших новобранцев было бы отбраковано по состоянию здоровья. Среди факторов риска, приведших к такому трагическому состоянию дел, экологические составляют не менее 30%. В свою очередь, среди них важное место занимают те, которые имеют непосредственное отношение к глобальным изменениям характеристик биосферы, хотя и с яркой региональной окраской.

Лекция 3. Изменение характеристик биосферы в связи с производственной деятельностью

Сразу же в названии стоит такое понятие как глобальная проблема. Запишите ее определение, потому что с этим понятием вы будете сталкиваться не только на экологии. Глобальная проблема - это проблемы всего человечества, которые можно решить только на общечеловеческом уровне и нельзя решить локально или регионально. Это относится в первую очередь к проблеме загрязнения окружающей среды. Потому что загрязнение в локальном месте, например на Урале, в конечном итоге рано или поздно дойдет до каждого человека на Земле. Поэтому будут мужчины в Западной Европе в среднем жить по 74 года зависит и от вас. Будете вы вести свое производство с применением экологически чистых технологий, грамотно и правильно, то и сами проживете дольше и другим дадите жить. Получите вы троечное образование, будете вести технологический процесс так себе, то и сами хорошо жить не будете и другим не дадите. Но это эмоции. Ну а теперь более подробно рассмотрим эти глобальные проблемы. Выделяют следующие:

Энергетические – Казавшиеся неистощимыми такие источники энергии, как нефть, газ, уголь, тают буквально на глазах. Ископаемое топливо при современных объемах энергопотребления, по разным оценкам, в среднем иссякнет приблизительно через 150 лет, в том числе нефть – через 40 лет, газ – через 50, уголь – через 400 лет. Освоение новых месторождений становится все более трудным: за ним приходится идти все дальше на север и восток. Устремляться все глубже в недра Земли. Понятно, что стоимость их разработки повышается. Грозит ли людям энергетический голод? Анализ показывает, что катастрофы можно избежать, если не повторять ошибок прошлого и искать альтернативные источники энергии.

Демографический взрыв - численность человечества растет экспоненциально и экспоненциально увеличивается нагрузка на природу. (рис. 1) Земля уже с трудом выдерживает это бремя. Это заставляет вводить различные механизмы регуляции рождаемости. Но это для нас, откровенно, не очень понятная проблема. Мы самая большая страна в мире, а численность ее населения находится на 4-6 месте (Япония и Бразилия имеют население по некоторым данным больше чем в России). К тому же численность населения сокращается. Но я уже говорил вам, что мы живем на одной планете и что наступит момент, когда придется потесниться.

Продовольственная проблема. Эта проблема неизбежно связана с прогрессирующим ростом населения. Зона, где большинство населения страдает от голода и недоедания, протянулась по обе стороны экватора и включает многие страны Азии, Латинской Америки и особенно Африки. Специалисты ООН считают, что число голодающих около 500 млн.человек. По другим данным это число составляет 1 млрд.человек.

Еще большее число людей недоедают, т.е. испытывают недостаток в рационе питания необходимых питательных веществ (белков, жиров, витаминов, микроэлементов, солей). Эксперты Всемирной организации здравоохранения полагают, что 50% детской смертности (до 5 лет) в

Латинской Америке связано с плолхим питанием. Прослеживается четкая связь между смертностью новорожденных и недостатком в рационе питания животных белков. Не лучше продовольственная обстановка в странах СНГ. Голода пока нет, но дефицит важнейших элементов в питании существует во многих районах бывшего СССР.

n, млрд.чел

Рис. 1. Рост населения на планете за последние два столетия

Кислотные дожди. Одним из видов загрязнения атмосферы, не признающим государственных границ, являются оксиды серы и азота. Во многих страна (вначале в Скандинавии, а затем в США, Канаде, Северной Европе, Японии и др.) ученые обнаружили, что дождевая вода, казалось бы, самая чистая в природе, содержит большое количество кислоты. Из химии же известно, что при растворении в воде оксидов серы, азота и других образуются соответствующие кислоты. В то же время предотвращение последствий кислотных дождей – это непростая проблема. Поэтому эту проблему легче предотвратить, чем затем с ней бороться. Для этого на предприятиях, выбрасывающих в атмосферу ангидриды, необходимо улучшить системы очистки отходящих газов.

Исчерпаемость ресурсов - ресурсы, в первую очередь энергетические и биологические, исчерпаемы. Многие из них не восстанавливаются. Если потребление ресурсов будет продолжаться современными темпами, то их хватит очень ненадолго. Например, Россия находится на первом месте в мире

по запасам черных и бурых углей. Но при современном потреблении их хватит не более чем на 300 лет. Нефти и газа нам хватит на 40-50 лет. Структура природных ресурсов приведена на рис.

Рис. 2. Основные типы природных ресурсов

Проблема озонового экрана Суть ее состоит в том, что ряд физических и химических агентов способствуют убыли этого газа, составляющего экран на высотах 17-22 км над поверхностью Земли. Озон защищает планету от жестких ультрафиолетовых лучей. Механизм образования озона разработан Чемпеном (1930 г.) В соответствии с ним озон возникает при воздействии жесткой ультрафиолетовой солнечной радиации с длинами волн менее 290 нм на двухатомный кислород. При этом часть молекул последнего распадается на атомы, которые взаимодействия с О2, образуют озон.

О2 + h ( 290 нм) = Оо + Оо ,

Оо + О2 = О3.

Молекула озона, взаимодействуя с квантом ультрафиолетового излучения, поглощает его, образуя двухатомный и атомарный кислород

О3 + h = Оо + О2

Атомарный кислород вновь взаимодействует с двухатомным кислородом и возмещает озон. Но этот механизм в последнее время, возможно, находится под угрозой, так как начиная с 1985 года появляются данные, что в атмосфере есть пространства с заметно пониженным содержанием озона. Полагают, что основной причиной утончения озонового слоя, помимо различных физико-географических факторов, служит наличие в

атмосфере значительных количеств галогеноуглеродов, которые использовались в производстве и быту в качестве хладагентов, пенообразователей, растворителей и т.д. Их выбросы в атмосферу в 1985 году превысили 1,4 млн.т. Галогеноуглероды под действием света активно разрушаются в верхних слоях атмосферы с образованием атомарного хлора:

CF2Cl2 + h = Cl + CF2Cl

Наличие атомарного хлора обуславливает возникновение каталитической реакции разрушения озона:

О3 + Cl = ClO + О2

Оо + ClO = Cl + О2

Уничтожение озона в цепных реакциях с участием ХФУ (фреонов) весьма опасно, так как длина цепей велика – одна молекула любого из них разрушает тысячи молекул озона, а в озоновой дыре над Антарктидой уровни ClO в 20-50 раз выше, чем в любом другом месте планеты.

Международное сообщество, обеспокоенное сложившимся положением, приняло в 1985 году Венскую конвенцию, по которой обязало к 1986 году в два раза производство фреонов, а к 2010 году – ликвидировать полностью.

Следует отметить, что не все специалисты разделяют тревогу по поводу проблемы озоновых дыр. Президент международного фонда «Экология человека» академик А.Капица утверждает, что фреоны не разрушали и не разрушают озоновый слой. В подтверждении приводится факт, что 80% выбросов фреонов происходит в Северном полушарии Земли, а основная озоновая дыра располагается над Антарктидой.

Изменение глобальных характеристик биосферы, в том числе глобальное загрязнение окружающей среды - Об этом мы и поговорим сегодня. Выделяют три вида антропогенных нагрузок на природу:

эксплуатация ресурсов, механические нарушения - прямые отчуждения территории под свалки,

хранилища, инженерные сооружения, техногенные катастрофы, загрязнение - привнесение дополнительного вещества или энергии. О

видах загрязнения мы уже говорили в начале лекции, когда записывали план лекции.

Все три вида антропогенной деятельности можно охарактеризовать схемами основных воздействий горного производства на окружающую среду

ифакторов деградации почв (рис. 3 и 4).

Асейчас остановимся более подробно на загрязнении окружающей

среды.

Загрязнение – привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных физико-химических и биологических веществ, агентов, оказывающих вредные воздействия на природные экосистемы и человека.

Выделяют. Естественное загрязнение, возникшее в результате мощных природных процессов без какого-либо влияния человека. К естественным источникам загрязнения относятся вулканы, выбрасывающие сернистый ангидрид, фтор, тяжелые металлы; просачивание нефти из земной коры в

гидросферу; продуцирование биотой определенного вида загрязнителей, например, на болотах продуцируется так называемый диоксин, действие которого может вызывать онкологические заболевания.

Воздействие горного производства на окружающую среду

Рис. 3. Основные типы воздействия горного производства на окружающую среду

Факторы деградации почв

Рис. 4. Факторы деградации и снижения плодородия почв

Антропогенное загрязнение – являющееся результатом деятельности человека, иногда по масштабам воздействия превосходящее естественное. К антропогенным источникам относятся: промышленные предприятия, выбрасывающие огромное число загрязнителей; транспорт, выбрасывающий свинец, оксиды азота и углерода; сельское хозяйство, загрязняющее в первую

очередь воду ядохимикатами и удобрениями; техногенные аварии, выбрасывающие залпом огромные количества промышленных отходов, нефти и газа; население, сбрасывающее в свалки и водоемы бытовые отходы.

Различные типы загрязнения подразделяются на три основных: физическое, химическое, биологическое (см. рис. 5).

температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды. Так тепловое воздействие проявляется в ухудшении режима земной поверхности (термокарст, солифлюкция, наледи и др) и условий жизни людей. Источниками теплового загрязнения в пределах городской территории служат: подземные газопроводы промышленных предприятий (140-160 С), теплотрассы (50-150 С), сбросные коллекторы и коммуникации (35-45 С), плохая термоизоляция домов и т.д. Сюда относятся воздействие шума и электромагнитное излучение, причем источником последнего служат высоковольтные линии электропередач, электроподстанции, антенны радио и телепередающих станций, а в последнее время текже микроволновые печи, компьютеры и радиотелефоны. Установлено, что при длительном воздействии электромагнитных полей у здоровых людей повышается утомляемость, головные боли, чувство апатии и др.

Тепловое загрязнение. К тепловому загрязнению относится микроклимат города - в нем всегда теплее чем за городом. Это приводит к нарушению биологических циклов, повышенной влажности, тянет к себе жителей лесов и полей. А так ли это хорошо. Вот пример с дикими утками, которые плавают возле моста по Белинского. Но они же не выведут потомства, а в конце концов их просто уничтожат жадные голодные жители. А нашествие мышей? А бешенные лисы? Я уж не говорю о том, что в этих условиях вирусы живут гораздо дольше. В книге Розенталя приведен пример