Лекции по экологии

подобные роению пчелиной семьи, являются более высокой эволюционной стадией того, что мы называем массовыми миграциями.

Не меньшее удивление вызывают периодические сезонные миграции птиц и рыб. Так, например, каждую осень мы наблюдаем, как многие виды птиц улетают на юг, а по весне возвращаются обратно. Механизм этих миграций, по-видимому, связан не с перенаселенностью, а с особенностями жизненного цикла, закрепленными в инстинктах. Однако некоторая общность все же имеется. Например, ближе к осени птицы становятся более беспокойными, усиливается стайный инстинкт, который дает эгрегору стаи (надсистеме) власть над каждой особью, заставляя ее, рискуя жизнью,

пускаться в тяжелейшие испытания. Многие исследователи склоняются к

мысли, что поведение птиц объяснимо только с холистских позиций. То есть главную направляющую роль в этих процессах играет биосфера в целом. Конечно речь не идет о каком-то разуме, командующем птичьими стаями. Однако в этих процессах можно наблюдать очень тесную аналогию с вегетативными процессами и системами организма (непроизвольные процессы, не подчиняющиеся непосредственно волевым усилиям, такие как сердечная деятельность, пищеварение, терморегуляция и т.п., в отличие, например, от двигательных систем).

12.3 Территориальная структура популяций

Распределение особей в популяции может быть случайным, равномерным

и групповым.

Случайное распределение встречается в тех случаях, когда на популяцию воздействует одновременно множество достаточно слабых факторов среды. Необходимым условие для этого должно быть отсутствие тенденции к образованию групп (стайный инстинкт, семейные группы или нечто подобное).

В случае же группового распределения сами группы обычно распределяются в пространстве случайным образом. Равномерное распределение отдельных особей или их групп (точнее, близкое к равномерному) характерно в случаях с достаточно жесткой внутривидовой конкуренцией.

Надо сказать, что случайное распределение в природе встречается относительно редко. Так например, распределение высоких деревьев в лесу уже нельзя назвать случайным. Обычно кроны таких деревьев смыкаются и конкуренция в борьбе за свет способствует выравниванию распределения. Зачастую равномерному распределению растений способствует выделение разного рода ингибирующих веществ.

Многим видам животных свойственна поведенческая адаптация к определенной территории - так называемый феномен территориальности,

что видимо связано с равномерным распределением животных. Они охраняют свою территорию и природные ресурсы, которые являются необходимыми для функционирования организмов и вскармливания детенышей. Активность особей, пар или семейных групп многих животных обычно бывает ограничена определенным пространством, которое называют индивидуальным или

92

семейным участком. Если эти участки активно охраняется, так что они практически не пересекаются друг с другом, то они называются территориями. Территориальность распределения наиболее ярко выражена у позвоночных и у некоторых членистоногоих со сложным поведением. Наиболее часто территориальность проявляется на тех стадиях жизненного цикла, которые непосредственно связаны с размножением, то есть при строительстве гнезд, откладке яиц, заботе о потомстве и его защите и т.п. На других стадиях жизненного цикла стремление к изоляции может ослабевать или даже, наоборот, сменяться стремлением к консолидации в стада, стаи, косяки, рои и т.п.

Наиболее изучено явление территориальности у птиц. При этом поведение птиц можно разделить на несколько типов, когда охраняется:

1.весь участок, где происходит кормление, спаривание и выведение птенцов;

2.весь участок, где происходит спаривание и гнездование, но не кормление;

3.только участок, на котором происходит спаривание;

4.только гнездо;

5.участки, не связанные с размножением.

Понятие “охрана” не обязательно связано с какими-то стычками. Наоборот, в большей части случаев территориального поведения количество стычек сведено к минимуму. Это обеспечивается разного рода метками, характер которых может быть самым различным, например, высшие хищники (кошки,

собаки, медведи и пр.) метят свои территории пахучими веществами, а вот птицы метят территории своим пением. У большинства перелетных птиц первыми занимают места самцы, которые пением заявляют свое право на территорию. Что касается птиц, оставшихся без территории, то они рискуют быть исключенными из процесса размножения. У низших организмов таких особей обычно ожидает более мрачная перспектива. Так, например, некоторые пустынные пауки, оставшиеся без территории, теряют в весе и в конце концов погибают.

Вероятно, территориальность, каким-то образом удовлетворяет принципу оптимальности. Кроме того, территориальность позволяет, повидимому, избегать давления хищников, распространения болезней, облегчается встреча особей Как полагают, территориальное поведение является одним из механизмов регулировки численности популяции, защищая ее от перенаселенности.

Человеку также свойственно территориальное поведение. Это заложено, вероятно, на уровне каких-то глубинных инстинктов. На основе территориальности у нас формировались такие явления, как частная и личная собственность, государственность, патриотизм, воинственность.

Однако помимо стремления к индивидуальному обособлению практически всем видам свойственна и противоположная тенденция к агрегации, то есть к сближению, концентрации, консолидации с образованием определенных социальных структур. Согласно принципу Олли лимитирующим фактором

93

может быть не только перенаселенность популяции, но и ее

“недоселенность”. Простейший пример, слишком малая плотность популяции может препятствовать встречам организмов во время спаривания. Таким образом, популяция никогда не рассеивается как молекулы газа, а тяготеет к образованию целостности. Конечно, в немалой степени этому способствует межвидовая конкуренция, однако гораздо более сильное влияние имеют внутрипопуляционные механизмы.

Механизмы агрегации могут быть различными. Агрегация зачастую

оказывается энергетически более выгодной, чем изоляция. Важнейшим результатом агрегации является высокая выживаемость в группе.

Например, группа растений способна лучше противостоять ветру или эффективнее уменьшать потери воды, чем отдельные особи. Рыбы в группе более эффективно противостоят действию токсичных веществ, чем отдельные особи. Пчелы в улье способны поддерживать нормальный температурный режим, даже если за пределами улья стоит зима. Все это примеры так называемого эффекта группы, или эффекта стаи (стада, толпы и т.п.).

У некоторых позвоночных, а также у общественных видов насекомых, агрегация выражается в форме социальной организации, для которой характерно наличие социальной иерархии и специализации.

Нам этот феномен также присущ. В трудных ситуациях многие из нас склонны к тому, чтобы попросить совета у ближнего, и если ближний говорит достаточно убежденно, то это зачастую пересиливает голос собственного разума. В принципе, по такому же сценарию выбирается и лидер (в коллективе, или в политике). Правда, необходимо одно условие: лидер должен явиться выразителем настроений определенной группы людей. Только в этом случае он сможет демонстрировать уверенность, заимствуя психическую энергию (уверенность) у тех, кто ему доверяет, иначе у него не получится быть уверенным, не хватит психических сил. Для уверенности не обязательно иметь почитателей, достаточно почувствовать настроение группы и настроить на него свою психику, или как говорят мистики, “войти” в эгрегор группы. Группа не обязательно должна быть территориально сосредоточена в одном месте, это может быть партия единомышленников или религиозная организация. Наибольшую уверенность демонстрируют те, кто смог “войти” в единство (подобие) с природой, с планетой или даже со всей Вселенной. Таких людей мы называем святыми, их признают целые народы. Может быть, в принципе подобия и кроется основной механизм социальности?

Противоречивые тенденции к изоляции и консолидации приводят в конечном итоге к определенному динамическому равновесию внутри популяции. Явление территориальности - это один из примеров реализации такого равновесия. Эволюция форм этого равновесия в конечном итоге приводит к идее так называемых “безопасных поселений”.

Безопасные поселения характеризуются большим скоплением особей на каком-то достаточно благоприятном для жизни участка. Это может быть остров посреди океана, целиком или частично занятый колонией птиц (птичьи базары), это может быть небольшая роща, заселенная популяцией птиц (вспомните

94

скопления грачей на городских кладбищах), муравейники, термитники, пчелиные ульи, человеческие города - все это примеры безопасных поселений. Агрегация на центральном участке обеспечивает колонию своими преимуществами: повышенная защищенность, благоприятные условия для спаривания, экономия затрат энергии на поддержание жизнедеятельности вследствие специализации. В то же время весь приток необходимых для жизни средств идет со стороны. Добыча пищи идет вовсе не на центральном участке, а на обширном пространстве, окружающем этот участок. В случае высокой специализации пищу добывают специально предназначенные для этого особи, которые освобождены от других дел, таких как забота о потомстве или защита поселения от врагов. Эти функции выполняют другие “специалисты”, которые получают за это все, что им требуется для собственного жизнеобеспечения.

В подобных поселениях, как правило, развиваются достаточно мощные средства взаимной коммуникации. Например, все знают о знаменитом

“пчелином танце”, язык которого обладает высокой степенью символизма, что является основным достоянием человеческого языка. Язык этот очень гибок и логичен, хотя достаточно прост, что, собственно, и позволило уже расшифровать его основные конструкции. По крайней мере он позволяет пчелам безошибочно находить то, о чем была получена символьная информация. Довольно сложен, по-видимому, и язык птичьих популяций. Косвенным свидетельством этому может являться полное непонимание этого языка теми птицами, которые внедряются в данную популяцию, в то время как детство их прошло в совсем другой популяции в достаточно отдаленных местах, хотя они и являются представителями того же вида.

Отрицательным моментом подобных поселений является загрязнение центрального участка своими отходами, вытаптывание растительности, уплотнение почвы и т.п., что особенно ярко наблюдается в птичьих базарах. Слишком большая плотность популяции приводит к разного рода стрессовым явлениям. Слишком большая численность популяции требует расширения региона, за счет которого существует данное поселение. В поисках пищи приходится летать, бегать, скакать, ходить, ползать на слишком далекие расстояния.

Практически все сказанное про безопасные поселения целиком отнести и к нашим городам, разрастание которых грозит нам такими проблемами, которые способны превысить любую энергетическую эффективность. Более того, в условиях ограниченности жизненного пространства наблюдается даже процесс слияния городов. Все это катастрофически уменьшает свободное пространство, за счет которого только и могут существовать города.

Выводы:

1. Популяция считается базовой единицей экологии. Редукционистское направление наибольшее внимание уделяет именно популяциям, считая что на этом уровне лежат все механизмы экосистемной динамики. Именно на уровне популяций происходят основные адаптации и эволюционные процессы, здесь

95

рождается видовое многообразие природы, формируются межвидовые и внутривидовые взаимодействия и т.п.

2. Для человека знание законов популяционной динамики имеет одно из первостепенных значений, так как эти законы применимы и к динамике человеческих популяций. Особую важность эти знания приобретают в связи с демографической проблемой, являющейся одним из основных компонентов надвигающейся глобальной экологической катастрофы.

Вопросы для самоконтроля

1.Понятие популяции вида. Плотность, рождаемость, смертность, возрастная структура популяций.

2.Выживаемость и кривые выживания особей популяции.

3.Внутренние механизмы регулировки численности популяции.

4.Миграция как важнейший механизм популяционного гомеостаза.

5.Охарактеризовать случайное, равномерное и групповое распределение особей в популяции.

6.Пояснить явление территориальности в популяциях. Привести примеры.

7.Пояснить и привести примеры механизмов агрегации и образования социальных структур.

96

Часть 3 Электромагнитная экология

Лекция 13 Электромагнитное загрязнение окружающей среды

Цель: ознакомление с новым разделом экологии, возникшим в последние годы - электромагнитной экологией.

Рассмотрим вопросы электромагнитного загрязнения окружающей среды. Электромагнитное загрязнение рассматривается как частный случай энергетического загрязнения. Познакомимся с источниками и масштабом электромагнитного загрязнения.

13.1 Понятие электромагнитной экологии

Определение понятия «экология» можно дать следующее: раздел

экологии, изучающий взаимодействие человека и окружающей среды с электромагнитными полями.

Предмет электромагнитной экологии – санитарно–гигиенические и экологические проблемы загрязненные окружающей среды ЭМП

Впроблемах электромагнитной экологии выделилось три направления:

-биофизическое, занимающееся вопросами исследования взаимодействия биологических тканей с ЭМП;

-медико-биологическое, которое занимается изучением и нормированием воздействующего фактора на окружающую среду и человека;

-научно-техническое, целью которого является разработка методов и средств анализа в окружающей среде ЭМП и защиты от них в случае необходимости.

Кнастоящему времени накоплен богатейший научный материал по первым двум направлениям. Об этом свидетельствуют многочисленные отечественные и зарубежные публикации, посвященные биологическим эффектам ЭМП и исследованиям причинно-следственных связей между биологическими объектами и ЭМП.

Однако в последние годы возникла острая необходимость анализа распределения ЭМП различных технических средств и в первую очередь телекоммуникационных радиосредств в окружающей среде. Это связано с многочисленными экологическими и санитарно-гигиеническими задачами, заключающимися в решении вопросов безопасного размещения излучающих объектов. При этом используются действующие нормативные и методические документы, в которых приведены предельно-допустимые уровни ЭМП для всех диапазонов частот.

13.2 Электромагнитное загрязнение как частный случай энергетического загрязнения

Прогресс развития человечества, рост производства, образование инфраструктуры (транспорт, связь и т.п.) привели к резкому возрастанию

97

обмена веществ и энергии между человеческим обществом и биосферой. Воздействия человека на окружающую среду – это антропогенное воздействие.

Одним из видов антропогенного воздействия является антропогенное загрязнение. Загрязнение вообще – это неблагоприятное изменение нашего

окружения, являющееся полностью или в основном побочным результатом деятельности человека. Загрязнение, связанное с деятельностью человека, называют антропогенным загрязнением.

Антропогенное загрязнение – это вещество и энергия либо вообще не характерные для биосферы, либо не характерны их концентрации и интенсивности.

В виде энергии окружающая среда загрязняется теплом, ионизирующим излучением, электромагнитными полями (ЭМП), световой энергией (в том числе ультрафиолетовым и инфракрасным излучением), акустическим шумом, вибрацией, ультразвуком. С точки зрения экологии ЭМП – это один из видов

энергетического загрязнения окружающей среды (рисунок 1). Энергетические загрязнители (кроме теплового и радиационного) не

аккумулируются в природе, а оказывают влияние на биосферу лишь во время их производства. Аккумулирующееся загрязнение – это вредные вещества и некоторые виды энергии, способные в отличие от не аккумулирующихся накапливаться в окружающей среде и живых организмах.

Рисунок 1 - Классификация антропогенных загрязнений

Согласно международной регламентации, электромагнитный спектр до 3 ТГц делится на 12 частотных диапазонов. Эти диапазоны обозначены номерами, как показано в таблице 1, в которой приведены только диапазоны, используемые для телекоммуникаций.

Таблица 1

98

Для того чтобы уменьшить взаимное влияние различных технических средств друг на друга, а также снизить уровень радиопомех, проведена международная регламентация каждого используемого диапазона. Для каждого типа излучающих технических средств отведены свои частотные участки. Определенные поддиапазоны отведены для радиовещания, для телевидения, для различных видов радиосвязи, для радиолокации и т. д. Свои участки диапазона имеют технические средства военного назначения, отдельно выделены поддиапазоны для радиолюбителей. Установленные жесткие требования и ограничения на уровни, так называемых, внеполосных излучений позволяют обеспечить электромагнитную совместимость излучающих средств

– возможность одновременной работы или работы по графику.

Подсчитано, что человечество использует миллиарды тонн минерального сырья, топлива, воды, биомассы, атмосферного кислорода, а в полезный продукт переходит лишь один процент затраченных природных ресурсов. Это в полной мере относится и к электромагнитному полю. Приведем такой гипотетический пример. Технические средства радиосвязи, радиовещания и телевидения излучают огромное количество электромагнитной энергии. Мощности передатчиков изменяются от милливатт (например, мощность передатчика радиотелефонной трубки) до сотен киловатт и даже единиц мегаватт (радиовещательные передатчики НЧ и СЧ диапазонов). Электромагнитная энергия, излучаемая телекоммуникационными средствами, имеет вполне определенное назначение – она должна воздействовать на входные цепи приемных устройств. Если предположить, что для нормальной работы каждого приемного устройства необходима мощность 1 мВт, то нетрудно подсчитать, что для полного изъятия из окружающей среды электромагнитной энергии одного передатчика мощностью 100 кВт необходимо иметь 100 млн. приемников. Таких передатчиков только в России сотни и даже тысячи...

Что же происходит с электромагнитной энергией? На что она расходуется? Как проявляется ее действие? Часть ее уходит в космическое пространство, а остальная рассеивается (поглощается) окружающей средой: атмосферой, окружающими предметами, в том числе и биологическими объектами.

Следует учитывать, что электромагнитную энергию излучают и множество других технических средств, основные функции которых не

99

связаны с преднамеренным процессом излучения, например, энергетические установки, электрифицированный транспорт, линии электропередач (ЛЭП), бытовые приборы, компьютеры и т.п.

Возникла и становится все более важной проблема электромагнитной совместимости живой природы и источников ЭМП антропогенного и естественного происхождения.

Уровень электромагнитного загрязнения приобретает глобально опасный характер, что подчеркнуто Всемирной Организацией Здравоохранения в 1995 году введением термина «глобальное электромагнитное загрязнение окружающей среды». Это в первую очередь относится к появившемуся в последнее столетие и постоянно увеличивающемуся уровню радиофона, под которым понимают суммарный эффект всех излучающих средств Земного шара. Электромагнитное излучение высокого уровня локализовано вблизи источников и существует только в периоды работы излучающих технических средств.

13.3 Источники и масштабы электромагнитного загрязнения

В последние несколько десятилетий применение устройств, которые излучают ЭМП, значительно возросло. Начало освоения человеком ЭМП связано с использованием диапазона длинных волн (длина волны 1…10 км), что было обусловлено развитием радиосвязи и радиовещания в этом диапазоне. Затем бурными темпами стало развиваться телевидение, и диапазон используемых длин волн стал расширяться в сторону их укорочения. С развитием радиолокации и радионавигации активно стали осваиваться диапазоны метровых, дециметровых и сантиметровых волн. В настоящее время трудно назвать такую область науки, техники, народного хозяйства, где бы ни использовалась радиоэлектронная аппаратура, в том числе излучающая ЭМП.

Приведем примерный перечень видов телекоммуникационной деятельности и оборудования, которые являются причиной насыщения окружающей среды электромагнитной энергией в нескольких частотных диапазонах:

- 3...30 МГц (100...10 м) – радиовещание, любительская радиосвязь, глобальная связь, ВЧ терапия, магнитные резонансные возбудители, диэлектрический нагрев, сушка и склейка дерева, плазменные нагреватели;

-30...300 Мгц (10...1 м) – подвижная связь, нагрев, частотномодулированное радиовещание, телевизионное вещание, скорая помощь, диэлектрический нагрев, магнитные резонансные возбудители, сварка пластмасс, плазменный нагрев;

-0,3...3 ГГц (100...10 см) – радиорелейные линии, подвижная связь, радиолокация, радионавигация, телевизионное вещание, микроволновые печи, медицинские приборы, плазменный нагрев, ускорители частиц;

-3...30 ГГц (10...1 см) – радиолокация, спутниковая связь, подвижная связь, метеорологические локаторы, радиорелейные линии, защитная сигнализация, плазменный нагрев, установки термоядерного синтеза;

100

- 30...300 ГГц (10...1 мм) – радиолокация, спутниковая связь, радиорелейные линии, радионавигация.

Приведенные данные показывают, что человечество использует практически весь частотный диапазон электромагнитного излучения. Созданная человеком электромагнитная обстановка состоит из полей, которые излучаются преднамеренно или являются продуктами использования других устройств.

В развитии излучающих электромагнитную энергию технических средств, существует три устойчивые тенденции, которые заставляют обращать пристальное внимание на вопросы электромагнитной экологии.

Первая тенденция – увеличение количества излучающих средств за счет технического освоения и более плотного заполнения частотных диапазонов, расширения сети радиосвязи и радиовещания, увеличения каналов телевизионного вещания и других служб.

Не трудно вспомнить, что крупные города где-то 10…15 лет назад обеспечивались эфирным телевидением по нескольким программами (две-три). В настоящее время в каждом городе таких программ, как правило, более десятка. Активно осваивается диапазон дециметровых волн. Аналогичная ситуация наблюдалась и в развитии частотно-модулированного радиовещания. Вместо двух программ в диапазоне 66…74 МГц в каждом городе сейчас работает более двух десятков программ, причем освоен частотный диапазон

90…108 МГц.

И, конечно же, отметим бурное развитие систем подвижной связи. С позиций электромагнитной экологии системы подвижной связи следует рассматривать как весьма проблемного «поставщика» электромагнитной энергии, во-первых, для окружающей среды. Количество базовых станций в городах исчисляется сотнями и даже тысячами. Тысяча базовых станций по 100 Вт каждая – это 100 кВт мощности электромагнитной энергии равномерно распределяемой по территориям, где находится человек. Еще порядка 100 кВт равномерно распределенной мощности – это один миллион радиотелефонных трубок. Количество этой мощности непрерывно увеличивается.

Во-вторых, сотовые телефоны – это сравнительно мощный источник ЭМП, располагающейся в непосредственной близости от мозга человека, создающий серьезные санитарно-гигиенические проблемы для всего человечества.

Вторая тенденция – увеличение энергетических потенциалов технических средств путем увеличения мощностей приборов и передатчиков, увеличения эффективности передающих антенн средств телекоммуникаций и их территориальной концентрации.

Естественное желание каждого владельца радиостанции или оператора – высококачественный сигнал, что во многом определяется излучаемой мощностью и коэффициентом усиления антенны. Мощности передатчиков телевизионного и радиовещания последние годы постоянно увеличивались и сейчас достигают десятков киловатт, причем антенные системы, как правило, представляют собой громоздкие многоэтажные конструкции, обеспечивающие предельно возможное усиление.

101