Экология. Лекции

Автотрофы подразделяются на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы. Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, хемоавтотрофы используют энергию окисления неорганических веществ.

Гетеротрофы (от греч. geter – другой) – организмы, нуждающиеся для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Гетеротрофы способны разлагать все вещества, образуемые автотрофами, и многие из тех, что синтезирует человек.

Между организмами биоценоза возникают и устанавливаются прочные пищевые взаимоотношения или цепь питания, которая состоит из трех основных звеньев: продуцентов, консументов и редуцентов.

10. Динамические процессы в экологических системах. Гомеостаз биогеоценозов

Циклический тип изменения сообществ отражает суточную, сезонную и многолетнюю периодичность внешних условий и проявления эндогенных (внутренних) ритмов организмов.

Поступательные изменения в сообществе приводят в конечном итоге к смене этого сообщества другим, с иным набором господствующих видов. Причиной подобных смен могут быть внешние по отношению к биоценозу факторы, длительное время воздействующие в одном направлении, например, иссушение болотных почв.

Гомеостаз – состояние внутреннего динамического равновесия организма или природной системы, поддерживаемое регулярным возобновлением и постоянной саморегуляцией.

11. Сукцессия

Сукцессия (от лат. succesio – преемственность): последовательная необратимая смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных факторов или воздействия человека. Первичной сукцессией называется процесс развития и смены биоценозов на незаселенных ранее участках, начинающийся с колонизации последних. Известный пример – постепенное обрастание голой скалы с развитием в конечном итоге на ней леса. Вторичная сукцессия происходит на месте сформировавшегося ранее биоценоза после его нарушения по какой-либо причине (пожар, вырубка леса, засуха и т.п.).

Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножаясь, сохраняют относительно постоянную численность, и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называют климаксом, а экосистему – климаксовой.

11

Список рекомендуемой литературы

1.Николайкин Н. И. Экология : учебник для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелихова. − 4-е изд. испр. и

доп. М. : Дрофа, 2005. − 622 с.

2.Степановских А. С. Экология : учебник для вузов / А. С. Степановских. − Москва, ЮНИТИ, 2003. − 703 с.

3.Экология : учебное пособие для вузов / под ред. В. В. Денисова – изд. 3-е, испр. и доп. − М. : МАРТ, 2006. – 768 с.

4.Экология и безопасность жизнедеятельности / под ред. Л. А. Муравья. − М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2002. – 447 с.

12

Тема № 3. Структура биосферы. Антропогенное воздействие на биосферу

Вопросы

1.Структура биосферы и ее пределы.

2.Загрязнение окружающей среды.

3.Атмосфера, ее состав и структура.

4.Антропогенное воздействие на атмосферу.

5.Гидросфера, ее состав и структура.

6.Загрязнение водной среды.

7.Литосфера, ее состав и структура.

8.Разрушение почвенного покрова.

9.Наземно-воздушная среда как среда жизни, организм как среда жизни.

Цель: изучение строения геосфер (атмосфера, гидросфера, литосфера) и возможных путей поступления в них загрязняющих веществ.

1. Структура биосферы и ее пределы

В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5 – 15 км превышает 100 0С. Наибольшая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены живые бактерии, составляет 4 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2 – 2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве. В океане жизнь распространена до более значительных глубин и встречается даже на дне океанических впадин в 10 – 11 км от поверхности.

Верхняя граница жизни в атмосфере определяется уровнем уф-радиации. На высоте 25 – 30 км большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь относительно тонкий слой озона – озоновый экран. Если живые организмы поднимаются выше защитного слоя озона, они погибают. Атмосфера над поверхностью Земли насыщена многообразными живыми организмами, которые передвигаются в воздухе активным или пассивным способом. Споры бактерий и грибов обнаруживают до высоты 20 – 22 км, но основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1 – 1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни около 6 км над уровнем моря.

Концентрация и активность жизни особенно велика у поверхности нашей Земли. Водоемы заселены по всей толще со сгущениями у поверхности и у дна. Выделяются своим богатством прибреж-

13

ные и мелководные участки. На суше более 99% живого вещества, или биомассы, сосредоточено в слое на несколько метров вглубь и на несколько десятков метров (высокие деревья) вверх от поверхности. Следовательно, жизнь сосредоточена в тончайшей пленке планеты, где и протекают главные процессы взаимодействия живой и неживой (косной) природы. Этот тонкий деятельный слой нередко называют биогеосферой, биогеоценотическкм покровом, ландшафтной оболочкой. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В.И. Вернадский назвал «пленками жизни».

2. Загрязнение окружающей среды. Виды природного и антропогенного загрязнения

Загрязнение окружающей среды – это любое внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии и информации с непременными последствиями в форме снижения продуктивности или разрушения данной экосистемы. Выделяют следующие виды загрязнения:

1.естественные (природные) – извержения вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары;

2.искусственные (антропогенные) – теплоэнергетика, транспорт, химическая промышленность, металлургия и т.д.

3.Атмосфера, ее состав и структура

Атмосфера (от греч. athmos – пар, sphaira – шар) смесь газов: азота 78,084%, кислорода 20,95%, аргона 0,93%, другие инертные газы 0,01%, углекислого газа 0,020 – 0,036%, водяные пары менее

1%.

Слои атмосферы:

1.Тропосфера: на полюсах 8 – 10 км, на экваторе 15 – 18 км, средние широты 10 – 12 км. Значения температур колеблются от +700С до -700С, температурный градиент составляет 0,60С на каждые 100 метров (понижение температуры). В этом слое сосредоточено 80% атмосферного воздуха.

2.Стратосфера: верхняя граница 55 км. Значения температур колеблются от +700С до -100С, температурный градиент составляет 0,1 – 0,20С на каждые 100 метров (повышение температуры). В этом слое сосредоточено около 20% атмосферного воздуха. Максимальная концентрация озона на высоте 25 – 35 км

3.Мезосфера: верхняя граница 80 км. Значения температур колеблются от -100С до +700С

4.Термосфера: верхняя граница 800 км. Значения темпера-

14

тур колеблются от +700С до +15000С 5. Экзосфера: свыше 800 км от поверхности Земли. Значе-

ния температур колеблются от +15000С до +20000С.

4. Антропогенное воздействие на атмосферу

Источники загрязнения атмосферы по выбросам могут быть классифицированы:

непрерывного действия;

периодического действия;

5) по дальности распространения:

внутриплощдные;

внеплощадные.

Классификация загрязняющих веществ (контаминантов): 1. по агрегатному состоянию:

твердые (пыли и дымы);

жидкие (туманы);

газообразные (газы и пары);

комбинированные (газы + пары = 90%). 2. по степени потенциальной опасности:

основные загрязняющие вещества (диоксид серы, диоксид азота, окись углерода, пылевой аэрозоль);

ПАУ (бенз(а)пирен);

следы «элементов» (тяжелые металлы – концентрация

мкг/м3);

постоянные газы (фенолы, метан).

3. по механизму образования:

первичные (образующееся непосредственно в ходе технологического процесса);

15

вторичные (результат химических превращений).

5. Гидросфера, ее состав и структура

Гидросфера (hydor – вода, sphaira – шар) – это совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных.

Преобладающая часть растворенных веществ сложена немногими химическими элементами: O (85,70%), H(10,80%), Cl (1,90%), Na (1,05%), Mg(1,3 10-1%), S (8,8 10-2%), Са (4,0 10-2%).

6. Загрязнение водной среды

Сточные воды — это воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека.

Загрязнения, поступающие в сточные воды, можно условно разделить на несколько групп. Так, по физическому составу выделяют нерастворенные, коллоидные и растворенные примеси. Кроме того загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические.

Минеральные представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот и щелочей и другими веществами.

Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные, животные, химические вещества.

Бактериальное и биологическое загрязнения присущи, главным образом, бытовым и животноводческим водам и стокам некоторых промышленных предприятий.

Эвтрофикация водоемов – обогащение водоема биогенами, стимулирующее рост фитопланктона.

7. Литосфера, ее состав и структура

Литосфера (от греч. litos – камень, sphaira – шар) – верхняя «твердая» (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает в себя земную кору и часть верхней мантии Земли.

Характерная особенность верхней мантии – ее расслоенность. На глубине около 100 км под материками 50 км под океанами ниже подошвы земной коры находится астеносфера (от греч. asthenes – слабый, sphaira – шар) (слой Гутенберга). Предполагают, что вещество там находится в тердо-жидком состоянии: твердые гранулы окружены пленкой расплава. Выше астеносферы породы мантии находятся в твердом состоянии и совместно с земной корой находится литосфера, мощность которой составляет 50 – 200 км, в том

16

числе земной коры – до 75 км на континентах и 10 км под дном океана. Ниже астеносферы располагается слой, в котором плотность вещества возрастает; слой назван в честь русского ученого Б. Б. Голицына, впервые указавшего на его существование: состоит из сверхплотных разновидностей кремнезема и силикатов.

Верхняя часть земной коры, постоянно видоизменяемая под влиянием механического и химического воздействий погодноклиматических факторов, растений и животных, выделяется в отдельный слой, называемый корой выветривания.

В настоящее время установлено, что более чем на 80% земная кора состоит из кислорода, кремния и алюминия.

8. Разрушение почвенного покрова

Процесс смыва почвы текущей водой называется эрозией. Аналогичный процесс, производимый ветром, называется дефляцией.

Эрозию при стоке воды подразделяют на поверхностную – смыв плодородного слоя и подстилающей породы со всей поверхности почвы и линейную – смыв почвы и подстилающей породы по определенной линии.

Не меньшие, если не большие потери причиняет почвам ирригационная эрозия – разрушение, перенос и переотложение почв и грунтов оросительной водой в процессе поверхностного полива или дождевания.

9. Наземно-воздушная среда как среда жизни, организм как среда жизни

Основными особенностями наземно-воздушной среды является большая амплитуда изменения экологических факторов, неоднородность среды, действие сил земного тяготения, низкая плотность воздуха. Комплекс физико-географических и климатических факторов, свойственных определенной природной зоне, приводит к эволюционному становлению морфофизиологических адаптаций организмов к жизни в этих условиях, многообразию форм жизни.

Высокое содержание кислорода в атмосфере (около 21%) определяет возможность формирования высокого (энергетического) уровня обмена веществ.

Организм как среда обитания характеризуется определенным постоянством (гомеостазом). Организм, как правило, обеспечивает паразитов и симбионтов питательными веществами, находящимися в доступной форме и не требующими дальнейшего пищеварения и переработки. Поэтому у большинства паразитов наблюдается упрощение строения (редукция) органов пищеварения. Стратегия их вы-

17

живания направлена на оставление как можно большего числа потомков, формирование защитных механизмов и приспособлений к распространению.

Список рекомендуемой литературы

5.Николайкин Н. И. Экология : учебник для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелихова. − 4-е изд. испр. и

доп. М. : Дрофа, 2005. − 622 с.

6.Степановских А. С. Экология : учебник для вузов / А. С. Степановских. − Москва, ЮНИТИ, 2003. − 703 с.

7.Экология : учебное пособие для вузов / под ред. В. В. Денисова – изд. 3-е, испр. и доп. − М. : МАРТ, 2006. – 768 с.

8.Экология и безопасность жизнедеятельности / под ред. Л. А. Муравья. − М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2002. – 447 с.

18

Тема № 4 Экология и здоровье человека

1.Среда жизни человека. Качество жизни.

2.Влияние состояния окружающей среды на здоровье че-

ловека.

3.Источники загрязнения окружающей среды.

4.Вредное вещество и токсикант, их особенности. Классификация токсикантов.

5.Токсичность и канцерогенность.

6.Устойчивость живого организма к загрязнению.

Цель: изучение влияния состояния окружающей природной среды на здоровье человека.

1. Среда жизни человека. Качество жизни

Окружающая человека среда по Н.Ф. Реймерсу (1994) состоит из четырех взаимосвязанных компонентов-подсистем:

а) собственно природной среды; б) порожденной агротехнической среды – «второй природы»;

в) искусственной среды – «третьей природы»; г) социальной среды.

Социальная среда интегрируется с природной, квазиприродной и артеприродной средами в общую совокупность окружающей человека среды. Все факторы каждой из рассматриваемых сред взаимосвязаны между собой и определяют качество среды жизни, субъективные и объективные ее стороны.

2. Влияние состояния окружающей среды на здоровье человека

Классификация болезней, связанных с загрязнением окружающей среды:

1)Наследственные болезни: главным мутагенным фактором среды являются ионизирующие излучения (радиация). Выявлен также ряд химических мутагенов, поступающих в окружающую природную среду от многих химических производств. Мутагенное действие оказывает и ряд вирусных заболеваний, делающих более изменчивой наследственность отдельного человека и вызывающих наследственные предрасположения к патологиям;

2)экопатологии: это болезни, вызванные факторами среды. Прежде всего, это «болезни образа жизни», связанные преимущественно с недостаточностью или с избыточностью питания. При недостаточном питании содержание витаминов, микроэлементов, бел-

19

ков в пище ниже нормы, что приводит к тяжелым нарушениям здоровья. При избыточном питании развивается ожирение, которое ведет к таким тяжелым патологиям, как диабет, рак, сердечнососудистые болезни. Поэтому избыток или дисбаланс питания играет не менее губительную роль, чем его недостаток.

Важный патогенный фактор – избыток рафинированной пищи. Излишнее потребление животных жиров, сахара, различных консервов, колбас, копченостей – все это способствует возникновению ряда системных болезней, как пищеварения, так и всего организма в целом.

Среда обитания человека также является источником «стрессорных» воздействий. Это, прежде всего факторы воздействия физического и химического стрессов. Факторы физического стресса связаны с нарушениями светового, акустического или вибрационного режима, а также уровня электромагнитных излучений, химического: организм человека также не справляется с ксенобиотиками, ибо не имеет средств их детоксикации.

Помимо физических и химических стрессов, на человека в современном мире воздействуют стрессы перенаселения, характерные для больших городов.

Если возникает истощение организма, зачастую приводящее к болезни или даже к смерти, – это истощающий стресс (дистресс). Исход стресса зависит не только от характера и силы воздействия вызвавшего его фактора, но также и от исходного физиологического состояния организма. Чем более организм устойчив (здоров и адаптивен), чем лучше все его системы сохраняют гомеостатическое равновесие, тем больше шансов на благоприятный исход стресса.

3)природно-очаговые заболевания (эндемические): вызваны тем, что человек живет либо в местности, где обитают возбудители какой-либо болезни (например, клещевого энцефалита), либо в районе земного шара, имеющем геохимические или геофизические особенности;

4)болезни старения: ожирение, рак, диабет, гипертония – синдромы, связанные не только с возрастом, но и с экологическими факторами. Понятие биологического возраста отражает определенный комплекс морфофункциональных изменений организма, простым показателем которых являются работоспособность и адаптивность человека, его функциональная активность. Возрастные изменения наступают у каждого отдельного человека не только в соответствии с его астрономическим возрастом, но также в зависимости от факторов окружающей среды. Все экопатологии ведут к преждевременному старению, что особенно хорошо видно в местах экологических бедствий, экологических катастроф, в местах, где отмечены геопатологические явления.

20