2. Э.Халилов Ожидается усиление сейсмической и вулканической активности

УСИЛЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОЙ И ВУЛКАНИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

В СМИ и в некоторых научных публикациях стали появляться различные тревожащие людей высказывания о приближении некой глобальной геологической катастрофы.

Пресс-служба Всемирной Организации для Научного Сотрудничества «Наука без границ» (WOSCO SWB) попросила прокомментировать ситуацию известного ученого — геофизика, специалиста в области сейсмологии и геодинамики, Вице-Президента Международной Академии Наук H&E (Австрия, Иннсбрук), Академика Российской Академии Естественных Наук, доктора геолого-минералогических наук, директора НИИ прогнозирования и изучения землетрясений Эльчина Халилова.

Уважаемый профессор Халилов, в последнее время в СМИ появилось много информации о приближении глобальной природной катастрофы. Некоторые связывают это с возможностью, так называемой, переполюсовки или сменой знака северного и южного магнитных полюсов Земли, другие предсказывают катастрофические климатические изменения и глобальное затопление огромных территорий суши, третьи предрекают землетрясения, извержения вулканов и цунами невероятной силы. Другие прогнозы основываются на возможности прохождения недалеко от орбиты Земли огромного астероида, который гравитационным воздействием может вызвать глобальные природные катаклизмы на Земле. Чему же на самом деле верить? Пожалуйста прокомментируйте данную ситуацию.

"...Я занимаюсь исследованиями сейсмической и вулканической активности с точки зрения глобальных геодинамических процессов более 25 лет. Все эти годы исследования проводятся мною совместно с выдающимся ученым современности, всемирно известным российским геологом, академиком АН СССР, РАН и многих национальных и международных академий, Почетным Президентом Международной Академии Наук (здоровье и экология), заслуженным профессором МГУ им.М.В.Ломоносова Виктором Ефимовичем Хаиным. Но я хочу особо подчеркнуть, что все высказанное мною, основано на наших многолетних совместных исследованиях.

Прежде всего, мне хотелось бы отметить, что многие тревожащие факторы, о которых вы упомянули, действительно имеют место быть, но возможно, они не всегда корректно трактуются. Дело в том, что проведенные нами совместно с известными учеными, академиками В.Хаиным, Ш.Мехтиевым и Т.Исмаилзаде исследования, позволили впервые установить необычную современную цикличность в проявлениях землетрясений и извержений вулканов нашей планеты. Давно было обращено внимание на то, что в какие-то периоды времени, как бы, по особой команде, начинают почти одновременно происходить сильные землетрясения и извергаться вулканы в различных частях планеты, затем также внезапно наступает затишье.

На самом деле, результаты исследований показали, что эта цикличность в проявлениях сильных землетрясений и извержений вулканов вовсе не простая. В частности выяснилось, что в то время, как землетрясения и извержения вулканов активизируются в одних зонах (в поясах сжатия Земли), в других зонах они затихают (в поясах растяжения Земли), потом происходит обратный процесс, сейсмическая и вулканическая активность в поясах сжатия Земли снижается и повышается активность в зонах растяжения Земли. Для геологов, очевидно, что землетрясения и вулканы являются прекрасным индикатором тектонической активности на планете. То есть, если активизируются землетрясения поясов сжатия Земли, это значить, что усилились процессы сжатия на планете, если активизация происходит в зонах растяжения Земли, значить происходит усиление процессов растяжения. Результаты наших исследований были признаны в качестве научного открытия в 2003 году..."

Что из этого исходит и где расположены зоны сжатия и растяжения Земли?

"...Пояса сжатия и растяжения Земли — это планетарные, относительно узкие и имеющие гигантскую протяженность, области вулканической и сейсмической активности, в которых выделается более 80% энергии землетрясений и извержений вулканов мира. Для лучшего понимания, не вдаваясь в дебри геологии, поясню, что самая верхняя оболочка нашей планеты разделена на гигантские блоки, которые горизонтально перемещаются друг относительно друга. Они называются литосферными плитами. Так вот, почти все сильные землетрясения и вулканы мира сконцентрированы на границах этих плит. Там, где плиты расходятся — происходят процессы растяжения литосферы Земли, а там, где они сталкиваются — процессы сжатия.

Карта зон сейсмической и вулканической активности

Почти по центральной оси всего мирового океана находятся океанические рифтовые зоны — гигантские разломы, отражающие границы литосферных плит, где они расходятся. Именно здесь литосфера Земли подвергается растяжению и обновлению. В некоторых местах эти зоны зарождаются и на континентах, например гигантская рифтовая зона проходит в меридиональном направлении вдоль Восточной части Африки, в зоне озера Байкал, через Исландию. Пояса сжатия Земли — это, в основном, гигантские горные системы, а в океанах — глубоководные впадины и граничащие в ними гряды островов, часто вулканического происхождения. Классическими гигантскими поясами сжатия Земли являются горные цепи, проходящие вдоль западной части материков Северной и Южной Америки, Альпийско-Гималайский сейсмический пояс — горная цепь начинающаяся с Альпийских гор и доходящая до Гималаев, захватывая часть Китая и Индии. В Альпийско — Гималайский сейсмический пояс входят некоторые страны Среднего и Ближнего Востока, страны Южной и Юго-восточной Европы, Кавказ, Средняя Азия и часть Юго-Восточной Азии.

Если говорить о молодых и, пожалуй самых активных поясах сжатия Земли — то это, в основном, страны так называемого, огненного кольца. «Огненное кольцо» — это имеющая форму подковы полоса вулканов и тектонических разломов длиной в 40 тысяч километров, опоясывающая Тихий океан, пролегающая вдоль побережья Южной и Северной Америки до южной части Аляски, затем поворачивающая к Японии, (включая Дальний Восток России), Филиппинам и Индонезии и завершающаяся в районе острова Новая Гвинея, Новой Зеландии и юго-западной Океании. Именно в «Огненном кольце» находится более 80% из примерно полутора тысяч известных действующих вулканов планеты. Для лучшего восприятия нами показана карта, на которой указаны все обозначенные мною зоны.

Что же нам ждать в ближайшем будущем в указанных Вами регионах?

Мне очень хочется успокоить читателей, сказать, что никакого повышения сейсмической и вулканической активности не ожидается, что я неоднократно делал во многих своих высказываниях прошлых лет. Но, к сожалению, я не могу этого сделать сейчас, так как мой долг ученого предоставлять объективную информацию обществу, попытаться спрогнозировать дальнейшее развитие событий. Вообще-то, в этом основной смысл сейсмологии и вулканологии, иначе для чего нужно заниматься этими исследованиями. Сейчас уже стало очевидным, что Земля должна рассматриваться, как неотъемлемый элемент космоса, неразрывно связанный с происходящими в нем процессами. Известный российский ученый А.Л.Чижевский еще в 20-х годах прошлого столетия посвятил много научных работ изучению влияния солнечной активности на земные процессы биологического, социально-психологического и геологического характера.

Многие ученые мира подтверждают факт влияния активности Солнца на активизацию землетрясений и извержений вулканов, но все-таки в этих результатах чувствуется некоторая неоднозначность. В своих исследованиях с участием академиков В.Хаина и Ш.Мехтиева, нам удалось обнаружить новые аспекты в этом вопросе. Так оказалось, что солнечная активность неодинаково влияет на активизацию землетрясений и извержений вулканов различных регионов нашей планеты. Например, с увеличением солнечной активности повышается активность землетрясений и извержений вулканов поясов сжатия Земли, а в поясах растяжения, наоборот, уменьшается. Причем, что особенно важно, чем выше амплитуда цикла солнечной активности, тем выше сейсмическая и вулканическая активность.

В тоже время, неодновременность планетарных процессов сжатия и растяжения свидетельствует о возможности периодических изменений радиуса Земли в пределах нескольких сантиметров, что, по нашему мнению, нашло отражение в изменениях угловой скорости ее вращения. Наиболее ярко выраженным циклом солнечной активности считается 11-летний цикл. С момента начала регулярного наблюдения за солнечными пятнами, официально зарегистрировано 23 цикла солнечной активности, причем 23-й цикл приходился на 2001-й год. Наверняка специалисты помнят, что с конца 1999 по 2004 год произошло много катастрофических землетрясений, унесших более полумиллиона человеческих жизней. 2007-й год можно назвать годом минимума солнечной активности, но уже с 2008 года она опять начала повышаться. Казалось бы, ну что тут необычного, пережили же до этого 23 цикла, ну пройдет еще один. К сожалению, 24-й цикл прогнозируется не совсем обычным.

Для любых прогнозов, прежде всего, создаются модели процессов. Наиболее точную модель зарождения солнечных пятен разработала в 2004 году группа ученых, работающая под руководством доктора Маусуми Дикпати из Национального Центра атмосферных исследований США (NCAR). По их расчетам, магнитные структуры, формирующие пятна, зарождаются в районе экватора Солнца. Там они «впечатываются» в плазму и вместе с ней движутся к полюсам. Достигнув полюса, плазма погружается вовнутрь звезды на глубину, порядка, 200 тыс. км. Оттуда, она начинает течь обратно к экватору со скоростью 1 м/сек. Один такой круг соответствует циклу солнечной активности — 17−22 года. Свою модель исследователи назвали «моделью динамо-транспортировки магнитного потока». Сейчас мы находимся в начале 24-го 11-летнего солнечного цикла. Заложив в модель данные о 22-х предшествующих 23-му циклу, ученые просчитали, каким должен стать 23-й цикл. Результат совпал с тем, что мы наблюдаем, на 98%. Проверив, таким образом, свою модель, исследователи в начале 2006 года рассчитали 24-й цикл солнечной активности, пик которого придется на 2012 год.

Прогнозируется, что 24-й цикл солнечной активности будет в 1,5 раза мощнее предыдущего 23-го. А это значить, что число и энергия землетрясений и извержений вулканов в этот период будут существенно выше всех предыдущих. Кроме того, нами установлено, что в этот период совпадут максимумы циклов солнечной активности, как минимум трех порядков, что должно привести к своеобразному энергетическому резонансу. Наши исследования показали, что существует некоторая инертность в повышении сейсмической и вулканической активности, по отношению к солнечной. То есть, если пик солнечной активности придется на 2012-й год, то максимумы сейсмической и вулканической активности придутся на 2012—2015 годы. Хотелось бы особо подчеркнуть, что этот вывод подтверждают и установленные нами цикличности в активности землетрясений и извержений вулканов поясов сжатия нашей планеты, пики которых также приходятся на этот период. Одним словом, с 2012 по 2015 годы на нашей планете будет, мягко говоря, «жарковато».

Какие все-таки страны, по Вашему мнению, будут наиболее подвергнуты природным катаклизмам?

Начну, в первую очередь, с «огненного кольца» — я перечислил регионы, входящие в эту зону, выше. Огненное кольцо будет соответствовать своему названию, ибо именно там расположено наибольшее число крупнейших активных вулканов мира. Там же будут происходить и самые сильные землетрясения. На втором месте по уровню сейсмической активности (но не вулканической) я бы поставил Альпийско- Гималайский сейсмический пояс, и в нем, наиболее опасные территории приходятся на северо-западную часть Индии, Китай, Пакистан и Афганистан, южную часть республик Средней Азии, Иран, страны Кавказа, Турцию, Италию, Грецию. В Италии также большая вероятность срабатывания, в отмеченный период, имеющихся на ее территории вулканов Этна и Везувий. Наряду с указанными территориями, на аналогичном уровне ожидается повышение сейсмической активности вдоль всего западного побережья Северной и Южной Америк.

Вы перечислили столько территорий, что становится жутковато. Где же все-таки не так сильно будет трясти?

Конечно, есть немало территорий, которые не будут затронуты сейсмической и вулканической активностью — это так называемые внутриплитные зоны или — платформы. Например это вся центральная и северная часть России, восточная часть Скандинавии, центральная и северная части Европы, Австралия, о.Гренландия, вся западная часть Африканского континента, восточная часть Южной и Северной Америк и вся северная часть Северной Америки. Так что, можете заведомо перебраться в эти зоны. Но хочу предупредить, что часть из них могут быть подвергнута природным катаклизмам другого характера.

Ну что Вы последнюю надежду отнимаете? Какие еще сюрпризы нам готовит природа?

Я хочу напомнить, что в начале нашей беседы Вы упомянули о тревожной информации, касающейся возможной смены знаков магнитных полюсов Земли. Так вот, я хотел бы остановиться на этом несколько подробнее. Дело в том, что многие часто идентифицируют магнитные и географические полюса Земли. Но на самом деле, это совершенно разные понятия и их расположение не совпадает. Геомагнитное поле не так уж постоянно и оно время от времени меняется. Роль геомагнитного поля для существования и развития жизни на Земле трудно переоценить, ибо силовые линии магнитного поля Земли создают вокруг планеты своеобразный магнитный экран, защищающий поверхность Земли от губительных, для всего живого, космических лучей и потока заряженных частиц высоких энергий.

Новейшие данные по состоянию арктического магнитного полюса (движущегося по направлению к Восточно-Сибирской мировой магнитной аномалии через Ледовитый океан) показали, что на начало 2002-го года скорость дрейфа северного магнитного полюса увеличилась с 10 км/год в 70-х годах, до 40 км/год в 2001-м году.

Кроме того, по данным ИЗМИРАН (Россия, Москва), наблюдается падение напряжённости земного магнитного поля, причём весьма неравномерно. По мнению ученых из ИЗМИРАН, ускорение движения полюсов (в среднем на 3 км/год) и движение их по коридорам инверсии магнитных полюсов (более 400 палеоинверсий позволили выявить эти коридоры) приводит к предположению о том, что в данном перемещении полюсов следует усматривать не экскурс, а переполюсовку магнитного поля Земли. В 2007 году в Центре космических исследований Дании, после анализа новейших данных, полученных со спутника, осуществляющего мониторинг магнитных полей Земли, пришли к неутешительным выводам. По мнению Датских ученых, происходит интенсивная подготовка геомагнитного поля Земли к инверсии магнитных полюсов и это может произойти значительно раньше, чем ожидалось.

Но я хотел бы особо отметить, что геофизиков не может не тревожить факт ускорения движения магнитных полюсов за последние четыре десятилетия почти в пять раз. Что лежит в основе движений магнитных полюсов? Прежде всего это процессы, происходящие в ядре Земли. Если магнитные полюса задвигались значительно быстрее, значить и энергетика в ядре Земли стала значительно увеличиваться. В то же время, как известно, именно глубинные энергетические процессы в ядре Земли приводят в движение гигантские конвективные потоки в мантии, двигающие, в свою очередь литосферные плиты, на границах которых происходят землетрясения и извержения вулканов. Следовательно, пятикратное ускорение движения магнитных полюсов свидетельствует о том, что скорость и масштабы энергетических процессов в недрах нашей планеты резко возросли, что соответствует нашим выводам о приближении периода необычно высокого уровня сейсмической и вулканической активности. Что же касается климатических изменений, то они будут являться следствием вышеуказанных процессов.

Что Вы хотите этим сказать, что глобальные изменения климата будут связаны и землетрясениями и извержениями вулканов?

Вы знаете, глобальным климатическим изменениям, в последнее десятилетие, посвящено немало работ и, в большинстве из них, основная роль в глобальном потеплении отводится техногенной деятельности человека. Но так ли это на самом деле? В своих работах мы вместе с Виктором Ефимовичем Хаиным провели детальные сравнения графиков цикличности вулканической активности за последние 150 лет и среднегодовых изменений температуры на нашей планете. Так вот, результат превзошел все наши ожидания. Во первых, по форме и периодам циклов графики почти повторяют друг друга. Но, зато, циклы на графике повышения температур, примерно на 15 лет запаздывают по отношению к циклам повышения вулканической активности. В основе этого запаздывания лежит причинно-следственная связь между этими двумя процессами.

Каков механизм причинно-следственной связи вулканической активности и изменения температуры на Земле? Повышение числа извержений вулканов приводит к увеличению поступления в атмосферу вулканических газов способствующих усилению парникового эффекта и, как следствие, приводящих к повышению температуры атмосферы. С 1860 года по 2000 годы число извержений вулканов увеличилось на 80%.

Увеличение практически вдвое среднегодового числа извержений вулканов должно привести к увеличению вдвое поступающих в атмосферу вулканических газов и, прежде всего СО2, которому отводится ведущая роль в формировании парникового эффекта и повышении среднегодовой температуры на Земле.

На основе установленных нами закономерностей, сделана попытка долгосрочного прогноза, как изменения вулканической активности поясов сжатия Земли, так и глобального изменения средней температуры на нашей планете до 2060 года. Глобальное повышение среднегодовой температуры на Земле, на фоне незначительных вариаций, по результатам наших исследований, будет наблюдаться с 2020 до 2050 года. Повышение среднегодовой температуры, естественно, будет сопровождаться таянием льдов, повышением уровня мирового океана и выпадаемых на Землю осадков. Вы хотите сказать, что если даже люди спасутся от землетрясений и извержений вулканов, то их настигнет другая беда — глобальное затопление гигантских территорий суши?

Мне не хотелось бы быть голословным, поэтому я прибегну к помощи официальных данных Межправительственной комиссии по изменению климата (IPCC) http://www.ipcc.ch/ Как следует из отчетов этой комиссии, грядет «парниковое» потепление, в результате чего могут растаять некоторые ледниковые покровы и уровень океана повысится на 5—7 м всего за десятки лет. Это будет поистине глобальная катастрофа: целые страны (например, Голландия), крупнейшие города мира — Нью-Йорк, Токио, Санкт-Петербург и др.— окажутся под водой (IPCC, 2007).

Разница наших выводов с комиссией IPCC лишь в оценке масштабов геологического фактора в глобальном потеплении. Если комиссия отводит основную роль техногенной деятельности человека, то мы считаем, что роль естественных природных процессов существенно выше. По нашему мнению, нельзя выделять в отдельное независимое русло глобальные климатические изменения в отрыве от общего контекста геологического развития Земли. Правда, людям от этого нисколько не легче. Хотя, возможно осознание того, что во всем этом виновата не столько человеческая цивилизация, сколько природа, несколько снижает наше чувство вины перед будущими поколениями.

Вы хотите сказать, что наступает конец света?

Конечно нет — это не конец света, но это один из тяжелейших этапов в жизни человеческой цивилизации. В этот период следует ожидать большого числа человеческих жертв, обострения мирового экономического кризиса, деструктуризации систем государственного управления и международной координации действий. Но в определенных регионах будет относительно спокойно и эти территории можно определить заранее, чтобы заблаговременно подготовить на них соответствующую инфраструктуру.

Вы прогнозируете тяжелую участь целым поколениям, но есть ли у Вас и академика Виктора Ефимовича Хаина предложения, если не по предотвращению, то хотя бы по некоторому снижению катастрофических последствий надвигающихся катаклизмов?

Безусловно есть и я их перечислю здесь:

— Прежде всего, необходимо принять рамочную Конвенцию ООН по Глобальным Природным Катаклизмам, по примеру принятия в 1992 году Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК ООН), в ответ на появление всё большего числа научных свидетельств, что глобальное изменение климата определяется антропогенным изменением содержания парниковых газов атмосферы.

— На втором этапе необходимо создать при ООН специальную Международную Межправительственную Комиссию по примеру Межправительственной комиссии по изменению климата (IPCC) с включением в ее состав специальной экспертной группы, объединяющей ведущих ученых мира в областях сейсмологии, вулканологии, геодинамики, климатологии, метеорологии, гидрологии и др.

— На третьем этапе необходимо, в экстренном порядке, разработать и утвердить Международную Программу ООН по изучению и прогнозированию развития сейсмической и вулканической ситуации в совокупности с глобальными климатическими изменениями.

— Последним и завершающим этапом этого процесса должно стать создание единого международного финансового фонда и финансового механизма подготовки человечества к возможным глобальным природным катаклизмам планетарного масштаба. В этот этап будет также входить выявление наиболее стабильных и безопасных территорий на нашей планете и создание на них специальной инфраструктуры для размещения и жизнеобеспечения большого количества беженцев, которые станут в основе зарождения новых центров человеческой цивилизации.

В завершении я хотел бы подчеркнуть, что только объединив свои усилия, экономические, технические и людские ресурсы, невзирая на расовую принадлежность, различие культуры и вероисповедания, человеческая цивилизация сможет перейти через тот великий порог, который уготовила ей природа. Именно этот этап ее жизни даст ростки к созданию новой формации человеческого общества с совершенно новым позитивным мышлением.

Уровень Мирового океана претерпевает постоянные изменения, связанные как с деятельностью подземной вулканической активности, так и с деятельностью человека. Исследования ученых доказали, что объем океана и конфигурация его берегов в течение геологической истории претерпевали непрерывные изменения, которые будут происходить и в дальнейшем. Даже составлены карты, на которых даны положение и контуры материков, какими они станут через миллионы лет.

Невдалеке от Неаполя на берегу залива стоят остатки колоннады и виднеются развалины древнего храма, посвященного Серапису — богу умирающей и возрождающейся природы. Выбор места для постройки храма был сделан древними римлянами далеко не случайно: здесь из-под земли бьют теплые сернистые ключи. Задолго до начала нашей эры толпы паломников приходили сюда на поклонение божеству и для того, чтобы искупаться в теплых источниках, славившихся своими целебными свойствами по всей Римской республике. Время не пощадило изящное архитектурное сооружение. В результате землетрясений и войн храм превратился в руину, но перед этим он был разрушен морем.

Из года в год оно все ближе подступало к основаниям колонн, к зданиям терм (теплых бань) и угрожало затопить сами целебные ключи. Пришлось возводить вдоль берега плотину, чтобы преградить путь морской воде. Но никакие ухищрения строителей и жертвоприношения жрецов не могли спасти обреченный храм.

Море занесло песком постамент колоннады, широко разлилось по дворикам зданий, и наконец соленая морская вода смешалась с исцеляющей водой ключей. Храм Сераписа утратил свою привлекательность и славу и вскоре был заброшен.

Тем временем море продолжало наступление. Основания колонн на два с половиной метра ушли в прибрежный песок, груды обломков лежали на каменных плитах полов, вода медленно прибывала. Проходили века. В XIII—XIV столетиях уровень моря достиг предела, колонны оказались залитыми водой на 6 метров.

Как известно, Неаполь расположен вблизи одного из величайших вулканов мира — Везувия; все окрестности лежат в области активной вулканической деятельности, проявлением которой и были горячие ключи храма Сераписа. В 1538 году произошло очередное землетрясение и сильное излияние лавы, после чего руины начали подниматься из воды. Море отступило. К началу XIX века развалины стояли на суше, а возродившиеся теплые источники снова стали привлекать к себе жаждущих исцеления.

Глядя в этих окрестностях на раскаленные горячим солнцем камни и выгоревшую траву, трудно поверить, что 400 лет назад вся местность находилась на дне моря. Теперь об этом свидетельствуют только исторические записи да множество отверстий, пробуравленных в колоннах морскими моллюсками-камнеточцами. Известный немецкий биолог, профессор К. Келлер, посетивший в конце прошлого века развалины храма, сообщает, что он без труда извлек из ходов в колоннах несколько побелевших раковин этих моллюсков.

Случай с храмом Сераписа далеко не единственный. Известно много других архитектурных сооружений, которые поглотило море. Обнаружение высоко над уровнем океана множества ископаемых останков морских животных свидетельствует о том, что почти любой участок современной суши был один, а то и несколько раз дном моря.

Иногда наступление (трансгрессия) или отступление моря (то есть его регрессия) имеет лишь местный характер. Они возникают в результате сравнительно небольших тектонических движений земной коры и не затрагивают соседние участки побережья. Однако имеются неопровержимые данные о том, что в течение геологической истории Земли трансгрессии и регрессии океана имели глобальный характер, причем уровень воды то поднимался на 150—180 метров по сравнению с современным, то опускался на 200—300 метров ниже его.

Известный советский ученый, специалист в области изучения моря Г. Линдберг пишет по этому поводу следующее: «Хорошо известны факты расположения морских террас на высоте до 1000 и более метров над уровнем океана. Они с неопровержимостью доказывают вертикальные движения суши. Но вместе с тем также хорошо известны факты относительной одновысотности расположения морских террас на значительном протяжении побережий не только в пределах одного моря, но и ряда морей и даже на побережьях других материков».

В качестве примера Г. Линдберг приводит данные о расположении шести главных горизонтов морских террас вдоль атлантического берега Патагонии (Южная Америка) и в Европе по берегам Средиземного, Черного и Каспийского морей. Высоты всех этих горизонтов удивительным образом совпадают между собой, значит, их поверхности были образованы одновременно и при одинаковом уровне океана.

Крупные реки после впадения в море обычно имеют глубоко и далеко идущее продолжение русла, часто с образованием на морском дне настоящей дельты. Эти подводные долины не могут образовываться глубоко под водой, следовательно, они обязаны своим происхождением текучей воде рек и возникли в период понижения уровня океана.

Причины, вызывающие изменение уровня океана, различны. С одной стороны, это результат движения земной коры. Представим себе, что в каком-либо месте произойдет опускание морского дна. Вода немедленно заполнит впадину, и общий уровень океана станет ниже.

Немецкий ученый А. Пенк подсчитал, что в результате опускания дна Средиземного моря уровень воды в Мировом океане понизился на 12 метров. Установлено, что в результате опускания дна возникли Берингово, Охотское, Японское и Восточно-Китайское моря, многие глубоководные желоба Тихого океана. Понятно, что их образование вызвало падение уровня воды в океане. Возможны также и обратные процессы, когда морское дно на отдельных участках начинает подниматься и тем самым вызывает трансгрессию. Усиленная вулканическая деятельность под водой с излиянием лавы тоже способствует подъему уровня океана. Однако при всех этих процессах объем воды в океане не меняется.

А может ли вообще меняться объем океана? Оказывается, может, и такие изменения случались, по-видимому, неоднократно. Известно, что часть гидросферы, водной оболочки нашей планеты, находится в твердом состоянии в виде ледников. Представим себе, что под влиянием каких-то причин вдруг растопятся льды Антарктиды, объем которых равен 25 миллионам кубических километров! Незамедлительно уровень океана поднимется на 40 метров, на морском дне окажется большинство крупнейших городов мира, самые густо населенные части материков, а также множество островов.

Такое таяние может произойти в результате усиления солнечной активности или под влиянием перемещения материка, покрытого ледниками, в более низкие широты.

Правда, ряд специалистов, особенно астрономы, считают, что наше Солнце, как и другие подобные ему звезды, так называемые «желтые карлики», отличается весьма высокой стабильностью излучения, которое мало меняется даже в течение 10 миллиардов лет.

Но не следует забывать, что даже небольшое и относительно кратковременное повышение солнечной радиации не может не сказаться на земном климате.

Известны же одиннадцатилетние солнечные циклы! Во всяком случае, никто не может опровергнуть периодичности наступления и таяния ледников на протяжении последних 1—2 миллионов лет. Очевидно, что ледниковую эпоху океан мелел, так как часть воды, испаряясь с его поверхности, скапливалась на суше виде льда. В межледниковые эпохи уровень океане повышался, и отчасти это происходило уже на глазах человека.

Рассказы о всемирном потопе, сохранившиеся в преданиях многих народов (в том числе в Библии), по-видимому, отражают события, действительно имевшие место на заре истории человечества.

Объем океана и конфигурация его берегов в течение геологической истории претерпевали постоянные изменения, которые будут происходить и в дальнейшем. Даже составлены карты, на которых даны положение и контуры материков, какими они станут через миллионы лет.

Поэтому привычную географическую карту мира следует рассматривать вовсе не как отражение чего-то постоянного и неизменного, а скорее как моментальную фотографию сложного динамического процесса эволюции нашей планеты.

3. УПРАВЛЕНИЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ

Организационная структура и функции системы природопользования

В нашей стране сформировалась к настоящему времени определенная система природопользования, представленная совокупной деятельностью специальных организаций, отраслевых, ведомственных учреждений и направленная на реализацию мероприятий по охране, использованию, воспроизводству природных ресурсов и объектов. Эта система выполняет специфические функции, имеет свои особенности.

1) Процесс непосредственного использования природных ресурсов связан с получением продукции и это представляет собой сферу материального производства.

2) Одновременно народнохозяйственная система природопользования выполняет социальные, экологические функции (улучшение условий труда, быта, проживания людей, развития личности).

3) Основой функционирования народнохозяйственной системы природопользования является государственный план экономического и социального развития страны. Начиная с 1975 г. в системе государственного плана экономического и социального развития планируется специальный раздел "Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов".

Существующая система природопользования объединяет следующие 5 интегрированных государственных подсистем:

1) Наблюдение и контроль за состоянием природной среды;

2) Информационная и технико-экономическая подсистема, связанная с обработкой и анализом данных (мониторинга);

3) Использование, охрана, воспроизводство природных ресурсов (производственная и непроизводственная сферы народного хозяйства);

4) Исследований взаимосвязей в системе "общественное производство - природная среда";

5) Планирование и управление природопользованием.

Сама система природопользования постоянно совершенствуется, развивается и происходит этот процесс в соответствии с законами по природопользованию (Конституция, законы и законодательные акты, постановления, решения).

Элементы народнохозяйственной системы природопользования взаимосвязаны, взаимообусловлены, дополняют друг друга, но в то же время каждое звено, каждая подсистема выполняют специфические функции и решают свой круг задач.

Основные функции специальных органов народнохозяйственной системы рационального природопользования обусловлены задачами, на решение которых ориентирована их специфическая деятельность. Параллельно осуществляется наблюдение санитарной службой Минздрава и на этой основе совершенствуются санитарно-гигиенические нормы.

Центральным органом государственного управления и контроля в области рационального использования природных ресурсов является Министерство экологии и природных ресурсов. Минприрода осуществляет возложенные на него функции совместно с соответствующими подразделениями Совмина. Так, Госкомприрода РСФСР призван осуществлять руководство в области экологии и природопользования деятельностью эколого-ресурсного блока Совета Министров РСФСР, куда входят: Госкомитет РСФСР по геологии и использованию топливно-энергетических и минерально-сырьевых ресурсов, Министерство лесного хозяйства. Комитет по водному хозяйству при СМ РСФСР, Комитет по гидрометеорологии при ьМ РСФСР, Госкомитет РСФСР по земельной реформе. Госкомитет Р^ФСР по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

Основной задачей Минприроды является проведение единой научно-технической политики в области экологии и природопользования.

Функция Минприроды заключается в осуществлении государственного контроля за состоянием природной среды и ее использованием. На Госкомприроду возлагается вся полнота ответственности за охрану природы, организацию рационального использования и воспроизводства природных ресурсов в стране и соответственно его подразделениями на местах, в то же время не подменяя министерства, ведомства, исполкомы Советов народных депутатов, объединения, предприятия и организации в их деятельности по охране природы и улучшению использования природных ресурсов. В соответствии с этим на Минприроду возлагаются функции по: - осуществлению комплексного управления природоохранной деятельностью в стране, разработке и проведению единой научно-технической политики в охране природы и рациональном использовании природных ресурсов, координации деятельности министерств, ведомств в этой области;

- государственному контролю за использованием и охраной земель, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, растительного (в том числе лесов) и животного мира (в том числе рыбных запасов), морской среды и природных ресурсов территориальных вод, континентального шельфа и экономической зоны, а также общераспространенных полезных ископаемых;

- подготовке и представлению предложений по вопросам охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов для включения их В проекты Концепции и Основных направлений экономического и социального развития, планов экономического и социального развития регионов. Министерство организует контроль за выполнением соответствующих заданий, предусмотренных в Основных направлениях и планах;

- разработке предложений по совершенствованию экономического механизма природопользования, экологических нормативов, правил и стандартов по регулированию использования природных ресурсов и охране природной среды от загрязнения и других вредных воздействий. Министерство утверждает указанные нормативы, правила и стандарты;

- подготовке долгосрочных государственных целевых программ по охране природной среды и рациональному использованию природных ресурсов и представлению их в Совет Министров, согласование территориальных комплексных схем охраны природы и использования природных ресурсов, имеющие общереспубликанское и межреспубликанское значение;

- осуществлению государственной экологической экспертизы генеральных схем развития и размещения производительных сил страны и отраслей народного хозяйства, контроля за соблюдением экологических норм при разработке новой техники, технологии, материалов и веществ, а также проектов на строительство (реконструкцию) предприятий и иных объектов, оказывающих воздействие на состояние окружающей среды и природных ресурсов. При этом Министерство должно ориентироваться прежде всего на такой решающий фактор улучшения деятельности по охране природы, как широкое применение во всех отраслях народного хозяйства малоотходных и безотходных технологий и других достижений научно-технического прогресса, обеспечивающих рациональное природопользование;

- выдаче в установленном порядке разрешений на захоронение (складирование) промышленных, бытовых и иных отходов, выбросы вредных веществ в окружающую среду, на специальное водопользование, на пользование животным миром и потребление атмосферного воздуха для производственных нужд; предоставление недр в пользование для проведения геологоразведочных работ, утверждение расчетной лесосеки и контроль за отводом земель под все виды хозяйственной деятельности;

- руководству заповедным делом и осуществлению государственного контроля за ведением охотничьего хозяйства в стране, также ведение государственного кадастра животного мира;

- организации распространения знаний о природе среди широких слоев населения, работы по воспитанию граждан, и особенно молодежи, в духе бережного отношения и любви к природе;

- планированию и осуществлению сотрудничества по вопросам охраны природы с зарубежными странами и международными организациями, координации работы министерств и ведомств по выполнению обязательств страны, вытекающих из международных договоров по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов, изучение, обобщение и распространение международного опыта в этой области.

Госстандарт по согласованию с Минприродой, Минздравом и др. разрабатывает единые экологические нормы, нормативы и требования по рациональному природопользованию, следит за метрологическим обеспечением контроля загрязнения атмосферы, гидросферы.

Госстрой обеспечивает проверку соблюдения в проектно-сметной документации требований по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов;

- осуществляет руководство разработкой и просмотром нормативных документов по проектированию и застройке городов и населенных пунктов (а также по проектированию и строительству сооружений для водопровода и канализации), сооружений для очистки вредных выбросов в атмосферу при одновременном снижении стоимости производства;

- при участии Минприроды разрабатывает методические указания по составлению территориальных комплексных схем охраны окружающей среды;

- предусматривает наличие в проектах по строительству и реконструкции предприятий и сооружений широкое применение малоотходной технологии, безводных технологий, оборотного, бессточного водоснабжения, других прогрессивных методов защиты природы;

- обобщает опыт проектирования, строительства и эксплуатации газоочистных, пылеулавливающих установок, очистных сооружений с учетом достижений передовой отечественной, зарубежной техники и технологии;

- осуществляет НИОКР по защите жилых районов от шумов промышленности и транспорта.

Минздрав (совместно с Минприродой):

- осуществляет государственный контроль за проведением мероприятий, направленных на предупреждение и ликвидацию загрязнения природной среды (воздуха, почв, воды, используемой для пищевых, бытовых и рекреационных целей);

- систематически изучает влияние ядохимикатов на водные организмы и почву, человеческий организм, определяет ПДС, ПДВ, ПДК;

- осуществляет государственный контроль за рациональным использованием водных ресурсов, за проведением мероприятий по ох-

ране водоемов от загрязнения, контролирует работу очистных сооружений. Мингеология обеспечивает:

- проведение гидрогеологических исследований, разработку гидродинамических моделей основных регионов страны с целью управления ресурсами подземных вод.

Министерством геологии создан межотраслевой комплекс НТ "Геос" для выявления, изучения и рационального использования месторождений.

Госкомгидромет осуществляет наблюдение за загрязнением природной среды и его последствиями.

Госкомстат:

- утверждает по согласованию с Минприродой формы и инструкции по проведению на предприятиях, организациях инвентаризации источников выбросов вредных веществ и отходов;

- обеспечивает разработку и представление соответствующим государственным органам статистической отчетности, характеризующей выполнение заданий по рациональному использованию природных ресурсов, предусмотренных планом экономического и социального развития;

- устанавливает порядок организации проведения учета отходов, которые в дальнейшем могут быть использованы в качестве вторичных материальных ресурсов.

Банк информации в настоящее время дополняется данными путем инвентаризации источников образования, путей использования вторичных ресурсов образования, путей использования вторичных ресурсов в народном хозяйстве. В настоящее время статистическая отчетность не охватывает учет всех отходов.

Государственное планирование и управление - одно из центральных звеньев в народнохозяйственной системе по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов. Руководство и координацию деятельности этой подсистемы осуществляет Совет Министров по следующим направлениям:

- разработка и утверждение показателей и формы планирования;

- рассмотрение предложений местных органов управления;

- утверждение схем комплексного использования и охраны природных ресурсов;

- обеспечение разработки схемы развития и размещения производительных сил (РПС), мероприятий по рациональному использованию природных ресурсов;

- осуществление единой научно-технической политики в области рационального использования природных ресурсов;

- увеличение производства природоохранного оборудования, аппаратуры;

- рассмотрение крупных проблем преобразования природной среды;

- соблюдение экологических требований при РПС, строительстве и реконструкции предприятий.

В законодательном порядке Комитет Верховного Совета осуществляет общее руководство всей системой органов планового управления по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов, а в хозяйственном строительстве - Минприрода совместно с экологическим блоком Совета Министров.

Для определения комплексных мероприятий по рациональному использованию природных ресурсов, предупреждения негативных последствий деградации природной среды, эффективного использования природных ресурсов в народном хозяйстве разрабатываются территориальные схемы охраны природы:

- министерства и ведомства - по городам, крупным промцентрам, природная среда в которых загрязняется преимущественно предприятиями данного министерства или ведомства;

- местные органы управления - по территории краев, областей, по отдельным природным комплексам, крупным городам, промышленным центрам, природная среда в которых загрязняется предприятиями различных министерств;

- Минприродой и Госкомгидрометом - по отдельным регионам, расположенным на территориях нескольких автономных республик. Эти схемы разрабатываются за счет средств госбюджета Советами Министров. Капвложения на строительство объектов, предусмотренных схемами выделяются в планах отдельной строкой.

Совокупность правовых средств, используемых для достижения указанных целей, составляет правовую основу охраны природных ресурсов. Эти средства включают создание и применение соответствующих законов и других правовых актов, установление запретов и дозволений, всестороннее обеспечение исполнения правовых требований охраны и рационального использования природных ресурсов, контроль за их соблюдением и осуществление юридических санкций в случае их нарушения,

Так как охрана природных ресурсов обусловлена взаимосвязью природных ресурсов (вспомним определение объекта природопользования), так и обеспечение правовой охраны их обусловлено взаимодействием, взаимообусловленностью законов и правил о рациональном использовании отдельных природных ресурсов (примеры: лес, почва, вода, воздух...).

Правовые основы рационального природопользования обусловлены нормами и положениями советских специальных законов об охране и рациональном использовании природных ресурсов. Они подразумевают не только охрану естественных богатств (земли, недр, вод, лесов) от бесхозяйственного отношения к ним и расточительства, но также такое их использование, которое предотвращает их количественное и качественное истощение, обеспечивает их воспроизводство (при необходимости восстановления) для перспективного использования. На основе законодательных документов правительство осуществляет свои контрольные регулирующие функции во взаимодействии системы "общественное производство - природная среда".

Кроме названных законодательных актов, издаваемых Верховным Советом, в автономных республиках имеются специальные законы об охране природы, постановления, положения, инструкции, регламентирующие рациональное природопользование в целом и по отдельным ресурсам, объектам природопользования. Они издаются Советами Министров автономных республик, отдельными министерствами. Существенна роль в рациональном природопользовании местных Советов. Законами, Постановлениями, распоряжениями, инструкциями определяются:

- объекты природопользования, объекты охраны;

- требования и нормативы рационального природопользования;

- способы, действия по их эксплуатации;

- запрещающие условия, действия, способные причинить ущерб природным ресурсам и объектам;

- уголовная, административная ответственность за нарушение законов и норм рационального природопользования.

Названные правовые, государственные документы определяют порядок и условия предоставления природных ресурсов и объектов для эксплуатации предприятиям, организациям, в том числе колхозам, финансирование природоохранных мероприятий осуществляется в основном за счет средств природопользователей.

Проблемы организации управления природопользованием

В широком смысле управление природопользованием можно рассматривать как деятельность общества (коллективного субъекта управления) по регулированию отношений в системе "общество - производство - природная среда". Данная деятельность обеспечивается реализацией:

- Методологии (теоретической концепции) - основной деятельности в сфере природопользования: объект управления, принципы, цель, задачи, методы достижения цели.

- Структурно-функциональной организацией управления природопользованием. - Информационным и методическим обеспечением,

Управление природопользованием

Управление природопользованием представляет собой воздействие на сплошную систему взаимосвязей между обществом и природной средой с целью упорядочения, организации удовлетворения потребностей в природных ресурсах, свойствах, качествах объектов природы при одновременном сохранении и возможном приумножении ПРП. Исходя из объекта воздействия, сложностей названных взаимосвязей в объекте воздействия, процесс управления может быть действенным, наиболее соответствующим поставленным целям при условии, что он будет иметь научный характер, т.е. основываться на познании и использовании объективных закономерностей.

В силу того, что процесс управления природопользованием непосредственно объединяет особенности развития двух разнокачественных по характеру процессов (развитие природы как объективной реальности и развитие общества), то и достижение цели предполагает учет этих особенностей, учет разнообразных факторов, оказывающих влияние на процесс взаимосвязи в сложной системе " общество - природная среда". Поэтому процесс управления природопользованием (научно объективного) предполагает объективную необходимость прогноза возможных последствий воздействия в этой системе взаимодействия: общества на природную среду и природной среды на общество. Это особенно важно в условиях НТР, в условиях которой масштабы воздействия общества на природную среду соизмеримы с масштабами явлений, происходящих в самой природной среде. Имеется в виду способность воздействия общества вызвать глобальные изменения в качественных и количественных характеристиках баланса веществ, энергия в природе как в планетарном аспекте, так и локально (парниковый эффект, "озонные дыры", исчезновение или возникновение огромных участков песо- и травостоя, пустынь, степей, перемещение огромных масс воды и их локализация во времени и в пространстве в виде хранилищ и водных поверхностей...

Научно обоснованное управление процессами воздействия на природную среду должно учитывать еще одно обстоятельство - природная среда имеет определенный запас, предел, порог, способность самовосстанавливаться. самоочищаться, саморегулироваться при "возмущающих воздействиях", не превышающих этот предел. Но так как в условиях нарушения темпов и пропорций в этом масштабе "возмещения" и возможностями саморегулирования природной среды уже наметились тенденции в деградации природной среды, то очевидно, что управление воздействием на природную среду должно переходить на следующую ступень от ограничения воздействия к рациональному преобразованию, рациональному приспособлению человеческой деятельности к особенностям природной среды. Т.е. становится объективной необходимостью в этих условиях организация целенаправленной, сознательно организованной деятельности (вместо стихийных мер и попыток) по воздействию на природную среду на основе научного предвидения возможных изменений и последствий (планирования действий и прогнозирования последствий). О степени объективности, оптимальности принимаемых управленческих решений можно судить исходя из степени познания свойств природы, степени развития средств учета и контроля ресурсов и свойств, качеств природной среды и соответствия в темпах, пропорциях использования природных ресурсов, свойств и качеств природной среды и темпах их восстановления, воспроизводства.

Исходя из объективных принципов диалектики достигнуть, восстановить абсолютные (первозданные, созданные природой) качественные состояния природной среды невозможно, а можно только приблизиться к ним, также нельзя абсолютно познать свойства и качества природной среды раз и навсегда, ибо этот процесс бесконечный, то должны быть определены и основные принципы (выработанные обществом руководящие положения) оптимального управления процессом природопользования, т.е. максимально соответствующие достигнутому уровню знаний о природе и возможностям человека, удовлетворяющие определенным ограничениям, критериям. Среди возможных принципов необходимо назвать следующие:

1. Управление природопользованием - неотъемлемый, необходимый, обязательный элемент в общественном развитии.

2. Управление природопользованием должно осуществляться теми же темпами и средствами, что и так называемое "основное производство", с помощью достижений НТП.

3. Управление природопользованием основывается на понимании непрерывности этого процесса во времени и пространстве, с учетом взаимосвязи, взаимообусловленности отдельных компонентов, элементов природного комплекса, отдельных природных ресурсов, от-

дельных свойств и качеств,

4. Природные ресурсы и объекты не совпадают с исторически сложившимися административно - хозяйственно обособленными территориями и не совпадают с их границами (например, на территории крупного регионального хозяйственного комплекса могут функционировать несколько целостных объектов природы: отдельны водные объекты, отдельные лесные массивы или же они распространяются по территориям нескольких региональных хозяйственных комплексов).

5. Природные ресурсы и объекты в отличие от продуктов труда, не созданы человеческим трудом, они не могут быть полностью присвоены отдельной личностью, группой лиц, коллективом, это достояние, благо, богатство всего человечества. Степень распространения собственности на них - условное понятие, явление.

6. Оптимизация управления природопользованием предполагает учет разделения труда (территориальное, общественное, международное, объединение усилий, согласованность, сотрудничество)."

7. Системность во времени и пространстве учета, контроля, наблюдения за динамикой количественных и качественных характеристик, показателей балансов ресурсов.

8. Заинтересованность и обязательную ответственность (материальную, моральную, административную, уголовную) за выполнение законодательной основы природопользования на всех уровнях управления (регион, республика, государство, международные соглашения). Отсутствие или недостаточное воздействие мер ответственности во многом определяют сегодня большое количество аварий, технологических катастроф с последствиями, разрушениями, сопоставимыми с ведением военных действий. Применительно к процессу развития форм, методов, принципов управления природопользованием в нашей стране следует говорить о формирующейся системе.

Даже в этом случае нельзя окончательно утверждать об абсолютном праве отдельных людей распоряжаться этой продукцией, так как продукция природопользования стала "продукцией", товаром в меру приложения труда к естественному телу, силе, веществу, энергии природы или в меру затраченного труда; объекты природы оказывают услуги в процессе воспроизводства главной производительной силы, в развитии, формировании личности, и эти услуги невозможно присвоить кем-либо.

В этом смысле нельзя назвать сколько-нибудь приближенными к принципам оптимальности тенденции использования природных ресурсов и объектов, сложившиеся между отдельными группами стран и в нашей стране, в том числе имеется в виду тот факт, что так называемые развитые страны навязывают остальным развитие и размещение на их территории преимущественно добывающих отраслей, производств по первичной обработке сырья, т.е. "грязные циклы", приводящие к возникновению экологически опасных ситуаций с последствиями.

Министерство природопользования и охраны окружающей среды пока не имеет утвержденного статуса, не определены функции, положение и самое главное - не определено место в имеющейся действительности организации природопользования. Объективно то, что необходимо выполнение самостоятельных хозяйственных функций по рациональному использованию природных ресурсов и воздействие на отрасли и их предприятия в этом аспекте, нужны организации, наделенные полномочиями распоряжаться природными ресурсами от имени общества и на экономической основе строить отношения по поводу природопользования со всеми участниками. Управление природопользованием призвано упорядочить взаимоотношения между владельцем природных ресурсов и объектов (государство и наделенные этими полномочиями распорядиться местные органы хозяйственного управления), мятными органами системы Минприроды, потребителями и пользователями природных ресурсов и объектов в регионе, таким образом предполагается развитие системы управления со следующим примерным содержанием формами и методами.

Критериями оптимальности системы управления природопользованием являются:

- социально-экономические: удовлетворение потребностей в природных ресурсах, свойствах и качествах объектов природы, в том числе лучших условиях труда и проживания людей;

- экологические: сохранение и приумножение природно-ресурсного потенциала в регионах, в стране в целом.

Управление природопользованием как целенаправленное воздействие на систему "общество - природная среда" с целью оптимизации их взаимосвязей предполагает оценку ПРП, планирование (понимая под этим установление необходимых темпов и пропорций между составляющими процесса рационального природопользования) и научного прогнозирования в названной системе взаимосвязи.

Основными способами, средствами достижения поставленной цели являются: технический (технологический), экономико-правовой, организационный.

Содержание технического (технологического) способа: совершенствование технологии производства на основе внедрения малоотходных технологий с последовательно-повторным использованием природных ресурсов, свойств и качеств объектов природы; совершенствование средств и предметов труда путем внедрения достижений НТП.

4. Конвенция о биоразнообразии .

Исчезновение видов и деградация окружающей среды вызывают все большее беспокойство не только ученых-экологов. Количественное и качественное обнищание биоты отмечают все, кто хоть немного сталкивается с природой.Даже не очень наблюдательны горожане замечают, что все меньше становится птиц, бабочек, рыбы, грибов, ягод, а пригород, куда они выезжают на отдых, с каждым годом теряют свою привлекательность. По мнению одного из ведущих мировых экспертов-экологов Э. Уилсона, уменьшение разнообразия живой природы - самая угрожающая среди изменений окружающей среды, происходящие сейчас, потому что это, пожалуй, единственный абсолютно необратимый процесс.

У каждого государства есть три основных достояние: материальное, культурное и биологическое. Что означают первые два - всем вполне понятно, ведь люди сталкиваются с ними в повседневной жизни. А вот достояние биологическое ...

Как уже сообщалось в гл. 1, в 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась Конференция ООН по окружающей среде и развитию, в которой принимали участие главы 179 государств мира. Это была широкая по числу участников встреча мировых лидеров. К ним присоединились сотни других официальных лиц из общественных, правительственных, научных, деловых и других организаций - всего более 18 тыс. представителей и более 400 тыс. посетителей. Работу Конференции освещали 8 тыс. журналистов.

Конференция приняла пять основных документов: Декларация об окружающей среде и развитие, Повестка дня XXI век, Заявление о принципах управления, защиты и постоянного развития всех видов лесов, Рамочную конвенцию об изменении климата и Конвенцию о биоразнообразии.

Конференция впервые объявила сохранения биоразнообразия приоритетным направлением деятельности человечества. В преамбуле Конвенции о биоразнообразии говорится:

Человечество осознает истинную ценность биологического разнообразия, а также экологическое, генетическое, социальное, экономическое, научное, воспитательное, культурное, рекреационное и эстетическое значение биоразнообразия и его компонентов.

Человечество осознает огромное значение биоразнообразия для эволюции и сохранения систем биосферы, поддерживающих жизнь.

Сохранение биоразнообразия - общее дело всего человечества.

Человечество обеспокоено тем, что биоразнообразие существенно уменьшается в результате некоторых видов человеческой деятельности.

Необходимо предусмотреть возможность существенного сокращения или потери биоразнообразия, обезопасить и устранить причины этого.

Конвенцией о биоразнообразии была создана постоянный орган, определяющий стратегию и системы конкретных правовых, научных, финансовых, технических, технологических и других мероприятий по сохранению биоразнообразия, - Конференцию Сторон.

Конвенция подтвердила, что биоразнообразие - это понятие многоплановое, и выделила три его основных аспекта: генетическое разнообразие, видовая и экосистемных.

Конвенция отметила также, что сохранение биоразнообразия связано как с комплексными мерами для обеспечения выживания человечества (эти вопросы рассматриваются в разделе «Стратегия и тактика выживания человечества»), так и с конкретными действиями ради сохранения биоразнообразия определенного уровня - генетической, видовой, экосистемной.

Генетическая биоразнообразие - это совокупность генофондов разных популяций одного вида. Например, популяции береговой ласточки на Полесье, в Лесостепи и в Карпатах относятся к одному виду. Однако каждая из этих популяций несколько отличается от других. Это видно, если сравнить среднюю длину крыла в каждой популяции, особенности питания, даже поведения.Потеря какой-либо из популяций неизбежно уменьшит генетическое разнообразие вида береговой ласточки в целом.

Генетическое разнообразие во многом связана с тем, что разные популяции характеризуются неодинаковыми соотношениями доминантных и рецессивных аллелей одного гена.

К проявлениям генетического разнообразия принадлежит также существование в рамках одного вида подвидов, рас, сортов, штаммов, клонов, разновидностей, форм и т.д.

Наличие генетического разнообразия доказывает ошибочность представлений, якобы за сохранение вида, например в заповеднике, его уничтожение на остальной территории не наносит ущерба биоразнообразию. На самом же сохраняется (причем условно) только видовое разнообразие, но генетическое разнообразие уменьшается.

Видовая биоразнообразие - это совокупность всех видов, населяющих нашу планету, то есть общий генофонд Земли. Исчезновение любого вида - невосполнимая потеря видового биоразнообразия.

На протяжении всей истории развития биосферы нашей планеты прослеживается тенденция увеличения количества видов на Земле. Это увеличение не было стабильным, а характеризовалось периодами быстрого видообразования, которые чередовались с периодами минимальных изменений видового богатства и периодами массового вымирания видов. Больше вымирание произошло в конце пермского периода (около 250 млн. лет назад), когда, как полагают ученые, исчезло 77-96% видов морской флоры и фауны той эпохи.

Однако в целом вымирания видов - такой же естественный процесс, как и образование их. Проблема заключается в соотношении этих двух процессов.Видообразование - медленный процесс, который длится десятки тысяч, а иногда и миллионы лет. Тогда, когда темпы видообразования соответствовали темпам вымирания видов или превышали их, видовое разнообразие находилась на постоянном уровне или росла. Ученые считают, что именно этот процесс преобладал в течение прошлых геологических эпох.

Сегодня учеными описано около 1.7 млн. современных видов, из них сравнительно хорошо изучен примерно 3%. Относительно изученными считаются 400-700 тыс. видов, более половины остаются практически неизученными - они представлены только единичными гербарных экземплярами, единичными тушками черепами, другими остатками или даже единичными описаниями. По оценкам специалистов, еще от 15 до 80 млн. видов, существующих сейчас на планете, человечеству пока вообще не известны.

Стремительное развитие цивилизации не ускорил процессов видообразования, но интенсифицировал процессы вымирания видов. Это происходит из-за разрушения мест обитания видов, чрезмерную экономическую эксплуатацию отдельных видов (массовый отстрел животных, хищническое рыболовство, вырубка коммерчески ценных видов деревьев и т.д.), конкуренцию с экзотическими видами «чужих» фаун и флор, экстенсивное наращивание масштабов сельскохозяйственной деятельности (прежде вырубка лесов и распашка под сельскохозяйственные угодья целинных земель), глобальное техногенное загрязнение биосферы.

По современным оценкам, сегодня темпы вымирания видов под антропогенным прессом превышают темпы естественного вымирания в 100-1000 раз, и даже если эти темпы останутся на нынешнем уровне (а пока они нарастают), через 50-100 лет планета потеряет от 25 до 50% современной видового разнообразия! Миллиона (а возможно, десятки миллионов) видов могут исчезнуть быстрее, чем человечество узнает об их существовании.

В 1948 г. при ООН была создана специальная Комиссия по охране видов растений и животных, исчезают, а со временем - Международную Красную книгу, куда заносятся данные обо всех видах растений и животных, оказавшихся на грани вымирания. Идея создания Красной книги принадлежит английскому зоологу П. Скотту. Международная Красная книга состоит из нескольких солидных томов. К ней внесено около 300 видов и подвидов млекопитающих, около 300 видов птиц, более 100 видов пресмыкающихся, около 40 видов земноводных, более 250 видов высших растений. В Красной книге есть также и «черный список», куда заносят животных и растения, которые исчезли на планете После 1600 Виды, внесенные в Красную книгу, подлежат обязательной международной и государственной охране, они являются объектами многочисленных межгосударственных соглашений, договоров, научных проектов. С 1970 по 1999 г. количество видов, которым грозит полное вымирание, выросло с 92 до 550.

В отличие от нас, животные - не обладатели своего будущего ... Они не могут добиваться автономии, у них нет членов парламента, которых они могли бы забрасывать жалобами, они не могут даже заставить свои профсоюзы объявить забастовку и потребовать лучших условий. их будущее, само их существование - в наших руках. (Дж. Даррелл).

Сегодня, кроме Международную Красную книгу, все развитые страны создают национальные Красные книги. В Украине первую Красную книгу выпущено в 1980 г., а через два года принят Закон о Красной книге Украины, закрепил ее в статусе государственного документа. В 1994 и 1996 г. Красную книгу Украины была переиздана уже в двух томах. Количество видов, которые в нашей стране оказались перед угрозой исчезновения, стремительно растет. Например, если в первое издание Красной книги Украины был внесен 151 вид высших растений и 29 - млекопитающих, то в другое - уже 467 и 41 соответственно.

Экосистемных биоразнообразие - это совокупность экосистем планеты на всех уровнях, начиная с биогеоценотического. Разнообразие элементарных экосистем планеты - биогеоценозов - огромная. Наибольшая ценность экосистемной разнообразия заключается в совокупности связей между элементами экосистем - видами - и абиотических факторов среды. Считают, что чем больше видовое богатство экосистемы, тем выше ее информативность, тем лучше сбалансированы потоки вещества и энергии, тем слаженнее работают механизмы ее саморегуляции.

Экосистемы планеты - уязвимый компонент биологического разнообразия. Даже выпадения из экосистемы друга, второстепенного отношении продукции, вида нарушает систему связей, состоявшая веками. А изъятие из экосистемы вида-доминанта основания разрушает ее. Вырубая лес, человек использует для своих нужд только некоторые органы одного, реже - нескольких видов (обычно стволы одной-пяти древесных пород), но истребляет при этом сотни, а иногда и тысячи видов, сопутствующих доминантой.

Например, даже сравнительно беден виды биогеоценоз ельника насчитывает в среднем несколько десятков видов высших растений, по несколько сотен видов бактерий, грибов, водорослей и беспозвоночных животных, минимум несколько видов позвоночных. Заготовка стволов одной только ели на территории эксплуатируемого биогеоценоза сопровождается гибелью около 1000 видов других организмов.

Попробуйте представить себе урон, нанесенный биоразнообразия вырубкой влажного тропического леса, где только на одном дереве можно найти аж 43 вида муравьев, где на одном гектаре растет более 700 видов древесных пород. Сегодня территория, занятая такими лесами, сократилась более чем вдвое и продолжает сокращаться на 1% ежегодно. И это при том, что во влажных тропических лесах, по самым осторожным оценкам, неописанным (т.е. неизвестными науке) остаются 80% животных и 30% высших растений. Эти неизвестные виды нельзя сохранить никаким другим способом, кроме как сохраняя экосистемы в целом.

В отличие от видов, которые временами могут приспособиться к антропогенного фактора, переселиться в искусственные биогеоценозы - агроценозы, лесополосы и лесопосадки, водохранилища и пруды, естественные экосистемы к человеку не приспосабливаются. Они либо окончательно деградируют, либо превращаются в квазиприродни экосистемы.

Подобно Красную книгу, сегодня составляются списки редких экосистем и тех, которые исчезают, а следовательно, нуждающихся в особой охране. Такие списки называют Зеленой книгой. Не вызывает сомнения, что Зеленая книга ближайшее время приобретет статус государственного документа, как и Красная книга.

Сохранение биоразнообразия - это сложная, комплексная проблема. Она связана с целой системой юридических, научных, организационных, финансовых, этических, воспитательных мероприятий, охватывает биоразнообразие на всех ее уровнях. Задача по сохранению биоразнообразия входят в глобальной концепции стратегии и тактики выживания человечества. Это:

Планирование и сбалансированное использование земельных ресурсов;

Борьба с уменьшением площади лесов;

Устойчивого использования природных экосистем;

Устойчивого ведения сельского хозяйства;

Снижение уровня техногенных загрязнений воды, почвы и воздуха;

Рациональное использование ресурсов моря и др.

Однако есть и система специфических мер защиты. Это прежде всего заповедное дело и биоконсервация.

Заповедное дело - это теория и практика организации и сохранения заповедных территорий разных рангов. На заповедных территориях охраняются как отдельные носители биоразнообразия - популяции, виды, экосистемы, так и среду обитания в целом. Ранг заповедной территории определяется научной значимости охраняемых, и его площадью. Среди заповедных территорий высокий ранг имеют заповедники и национальные природные парки, затем - заказники и заповедно-охотничьи хозяйства, а также памятники природы.

Современные тщательные эколого-экономические расчеты и модели показывают сохранение генофонда любого региона возможно лишь при условии, что не менее 10-15% его площади занято заповедными территориями ранга заповедника или заказника. Наличие развитой сети заповедных территорий - необходимое (хотя и не достаточное) условие сохранения биоразнообразия. Поэтому каждое государство, присоединившееся к Конвенции о биоразнообразии, обязана поддерживать и развивать сеть заповедных территорий, прежде всего - заповедников.

Нужно меньше охотников - больше сторожей в заповедниках, меньше охотничьих обществ - более обществ защиты животных, меньше охотничьего литературы - больше литературы биологической. И тогда последние акты трагедии диких животных, которые человечество впишет в историю жизни на планете Земля, иметь хороший финал! (И. И. Акимушкин, российский биолог, публицист).

Заповедник - это выделенные государством территории и акватории, в пределах которых охраняемые природные объекты, представляющие особую экологическую, генетическую, научную или культурную ценность: типичные или редкие ландшафты, эталонные участки природной среды, редкие геологические образования, группировка растений и животных с характерным генофондом т.д. Заповедники берутся под охрану закона, на их территории категорически запрещаются все виды хозяйственной деятельности (охота, рыболовство, отлов животных, все виды лесопользования, заготовка сена, лекарственных трав, сбор цветов, выпас скота), применение любых химических средств, шумовых действий. В заповеднике вводится определенный заповедный режим. Это либо абсолютное заповедника, то есть полное невмешательство людей в природные процессы, или завещания ограничено, при котором для достижения максимальной природного равновесия и максимального сохранения экосистем допускается осуществление определенных биотехнологических мероприятий (например, отлов животных, чрезмерно размножились, создание искусственных водопоев, противоэрозийный защиту и т.д. ). Всего в мире создано более 11 тыс. заповедных территорий, имеющих статус заповедника или национального парка.

Заповедники, которые представляют собой характерную эталонную участок биосферы данной физико-географической зоны или биома и где действует режим абсолютного заповедника, имеют наивысший статус - это биосферные (или эталонные) заповедники. Сегодня в мире есть около 350 биосферных заповедников, и четыре из них расположены на территории Украины: Аскания-Нова, Черноморский, Карпатский и Дунайский.

В заповедниках с более низким статусом на большинстве территории вводится режим ограниченного заповедника, хотя обязательно есть также и участки абсолютной заповедности. В Украине 17 таких заповедных территорий: в Полесье это Полесский и Ровенский заповедники; в лесостепи - заповедники Каневский, Днепровско-Орельский, Расточье и Медоборы; в степной зоне - Украинский степной, Луганский и Еланецкий степь; в Карпатах - заповедник Горганы; в Крыму - заповедники Карадагский, Крымский, Ялтинский горно-лесной, Казантипский, Опукский и Мыс Мартьян; в Прикарпатье - Черемский заповедник.

Кроме указанных природных заповедников, в Украине есть 54 историко-культурных и историко-архитектурных заповедниках. Среди них такие всемирно известные, как Шевченковский в Каневе, Киево-Печерский, София Киевская, Аскания-Нова и т.п.

Национальные природные парки - это территории, которые создаются для сохранения природных комплексов, имеющих экологическую, историческую и эстетическую ценность благодаря благоприятному сочетанию природных и культурных ландшафтов, и для использования в рекреационных, воспитательных, научных и просветительских целях. В Украине есть 11 национальных парков, таких как Шацкие озера, Подольские Товтры, озеро Синевир и т.д.

Заказники - это территории и акватории, на которых охраняются отдельные виды растений и животных или природные комплексы (озера, болота, участки леса или степи с редкими видами растений или животных, пещеры, территории с уникальными геологическими образованиями и т.д.). На территории заказников допускается ограниченная хозяйственная деятельность, но только такая, которая не наносит вреда объектам, которые охраняются (например, ограниченная заготовка сена в лесных заказниках, сбор морской травы зостеры в приморских заказниках, регламентированное охоты на отдельных видов животных в заповедно-охотничьих хозяйствах). На территории Украины практически в каждой области есть по крайней мере несколько заказников.

Памятники природы представляют собой отдельные невозобновляемые природные объекты, имеющие научное, историческое или культурно-эстетическое значение, например: водопад, пещера, очень старое дерево, источник, редкое геологическое обнажение. В последнее время к памятникам природы все чаще стали относить также небольшие территории (площадью в несколько сотен квадратных метров), заняты популяциями редких и реликтовых видов или популяциями, расположенными на границе ареала вида. Создание системы таких памятников природы способствует сохранению прежде генетического разнообразия. На их территории запрещена любая деятельность, разрушает или повреждает объекты охраны.

Однако даже развитая сеть заповедных территорий не сможет обеспечить сохранность биоразнообразия. Биоконсервация относится к области новейших направлений биоэкологии. Это система мероприятий, направленных на сохранение генетической и видового разнообразия путем сохранения популяционных и видовых генотипов отдельных особей вне природными местами обитания - в зоопарках, ботанических садах, в коллекциях культур и т.п.

Биоконсервация сегодня рассматривается как последняя линия защиты генетической и видовой биоразнообразия. Даже в биосферных заповедниках с их отлаженной и строгой системой охраны деградация биоты продолжается. Например, в Карпатском биосферном заповеднике через кислотные дожди все сокращаются популяции лишайников, занесенных в Красную книгу.

В природно-заповедный фонд Украины. Входят также региональные ландшафтные парки, заповедные урочища, ботанические сады, зоологические, дендрологические парки, памятники садово-паркового искусства и т.д. Всего природно-заповедном фонде Украины в 2001 г. насчитывал в своем составе 6939 территорий и объектов площадью 2508,7 тыс. га, что составляет 4,16% территории страны.

Сегодня человечество «законсервировало» для потомков около 10% известной науке современной биоты. Однако биоконсервация пока не может стать гарантом сохранения биоразнообразия. Законсервировать любой вид - это сложная научная и техническая задача. Но неизмеримо более сложным делом является расконсервация вида и возвращения его в природу. Вид, выпущенный «из пробирки» в природу, как правило, ведет себя непредсказуемо: он попадает в систему с другими связями. Чаще всего такой вид не успевает приспособиться к своему окружению и становится легкой добычей для хищников, субстратом для болезней, пищей для паразитов. Если же он оказывается способным противостоять этому давлению, то обычно сам становится агрессором: витиснюе виды аборигенной флоры и фауны, стремительно расселяется, создает различные биопомехи. Такие последствия биологи и экологи называют «беззвучными взрывами».

Экологическая сеть. Последние пять лет в Украине, как и во всем мире, большое значение придается развитию экологической сети. Концепция экосети является интегральной в организации сохранения биологического и ландшафтного разнообразия. Она сочетает в себе все предыдущие системы охраны природы, связывает природоохранную деятельность с различными секторами экономики (аграрным, транспортным, лесным, туристическим и т.д.) и является основным элементом стратегии сбалансированного развития. Это качественно новый подход к решению извечной проблемы человечества в отношениях с Природой, направленный на обеспечение функционирования всех природных компонентов окружающей среды как единой целостной системы.

Национальная экологическая сеть Украина рассматривается как составная всеевропейской экосети, создание которой одобрено Конференцией министров окружающей среды 55 стран Европы в Софии в 1995 г.

В нашей стране вступил в силу закон «Об общегосударственной программе формирования национальной экологической сети Украины на 2000-2015 гг. Основной целью этого важного документа является увеличение доли земельного фонда с природными заповедными территориями до уровня, достаточного для сохранения биологического и ландшафтного разнообразия.

Экологическая сеть обеспечит возможность естественной миграции и распространения растений и животных.

5. Мониторинг (от лат. мonitor - предостерегающий) - в широком смысле - специально организованное, систематическое наблюдение за состоянием объектов, явлений, процессов с целью их оценки, контроля или прогноза.

Мониторинг окружающей среды (экологический мониторинг) - информационная система постоянного наблюдения и регулярного контроля, проводимых по определенной программе для оценки текущего состояния окружающей природной среды, анализа всех происходящих в ней в данный период процессов, а также заблаговременного выявления возможных тенденций ее изменения (рис.1).

Этот термин появился перед проведением Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (1972) в дополнение к понятию «контроль».

Рисунок 1 - Блок-схема системы мониторинга

Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные или природно-антропогенные экосистемы.

Основные положения о мониторинге изложены в Федеральных законах «Об охране окружающей среды», «Об охране атмосферного воздуха», «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Его порядок организации и осуществления устанавливается Правительством РФ (Постановление от 31.03.2003 г. №177 «Об организации и осуществлении государственного мониторинга окружающей среды (государственного экологического мониторинга)» // СЗ РФ.-2003.-№14.-Ст.1278)

Цели экологического мониторинга (ФЗ «Об охране окружающей среды»):

1) наблюдение за состоянием окружающей среды, в том числе в районах расположения источников антропогенного воздействия;

2) наблюдение за воздействием антропогенных источников на окружающую среду;

3) обеспечение потребностей государства, юридических и физических лиц в достоверной информации, необходимой для предотвращения и (или) уменьшения неблагоприятных последствий изменения состояния окружающей среды.

Основные задачи экологического мониторинга окружающей природной среды. В экологической системе изначально предполагается постоянный и непрерывный круговорот веществ. Но процесс разложения различных отходов по времени происходит не одинаково. Если переработка некоторых отходов (бумага, ткани, органика и т.п.) не сложная или они самостоятельно и быстро разлагаются, то распад отходов, например, из металла, пластика, синтетических материалов, сильно замедлен или практически не происходит. Поэтому необходима их переработка, что в свою очередь требует определённых затрат.

Основная задача экологического мониторинга окружающей среды - это максимальное обеспечение систем управления экологической безопасности и природоохранной деятельности достоверной информацией, на основании которой могут быть произведены:

оценка показателей состояния и функциональной целостности окружающей природной среды.

выявление причин отклонения показателей состояния окружающей природной среды и оценка последствий таких изменения показателей.

определение и принятие решений для ликвидации причин отклонения показателей и обеспечение заблаговременного предупреждения негативных ситуаций.

Последовательность стадий мониторинга: измерение - анализ - описание - моделирование - оптимизация.

Для разумного управления природопользованием необходимо прежде всего располагать данными о том, какая среда является оптимальной для нормальных условий жизни человека. Исходным понятием в этой работе служит качество среды, то есть такая совокупность ее параметров, которая всецело удовлетворяет как экологической нише человека, так и научно-техническому прогрессу общества. А для получения своевременной информации об изменениях в экологической системе необходима так называемая «точка отсчета», то есть какое-то определенное значение параметра качества среды, которое Ю.А. Израэль назвал фоновым. Параметры такого фонового состояния не являются постоянными, а меняются под влиянием деятельности человека в пределах некоторого критического уровня среды, за пределы которого посторонние воздействия не должны выводить данную систему во избежание необратимых изменений. Таковыми считаются предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН) или предельно допустимые концентрации чуждых данной системе веществ-ксенобиотиков (ПДК).

В последнее время наибольшую актуальность приобретает экологический мониторинг антропогенных изменений - система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов.

Наиболее опасные изменения в экологическую систему, природные комплексы, в ландшафт привносят именно хозяйственная деятельность и техногенное воздействие человечества на окружающую его природную среду. С помощью экологического мониторинга осуществляется анализ и прогнозирование состояния экологической системы, включая природно-технические подсистемы и медико-гигиенических показателей среды обитания человека.

Мониторинг охватывает весь широкий спектр анализа наблюдений за меняющейся абиотической составляющей биосферы и ответной реакцией экосистем на эти изменения, включая как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследований, используемых при его осуществлении.

По своему структурно-функциональному составу мониторинг окружающей среды объединяет в себе все необходимые компоненты: приборно-аппаратное обеспечение, систему организации измерений и совокупность методик анализа результатов наблюдений, необходимые для реализации функций, представленных в табл. 1.

Поскольку сообщества живых организмов замыкают на себя все процессы, протекающие в экосистеме, ключевым компонентом мониторинга окружающей среды является мониторинг состояния биосферы или биологический мониторинг, под которым понимают систему наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения и проявляемых на организменном, популяционном или экосистемном уровнях (рис. 2).

Рисунок 2 - Подсистемы экологического мониторинга

1.2 Классификация мониторинга

В зависимости от конкретных целей, задач, объектов наблюдения существуют различные подходы к классификации мониторинга (по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения). Например,

по объектам наблюдения различают: атмосферный, воздушный, водный, почвенный, климатический мониторинг, мониторинг растительности, животного мира, здоровья населения и т.д.

по территориальному признаку выделяют локальный, региональный и глобальный (биосферный) мониторинги.

по используемым методам -- наземный, авиационный и космический.

по методам исследований -- химический, биологический, физический и другие.

Существуют также классификации систем мониторинга по факторам, источникам и масштабам воздействия и др.

Отраженная на рис.3 классификация охватывает весь блок экологического мониторинга, наблюдения за меняющейся абиотической составляющей биосферы и ответной реакцией экосистем на эти изменения.

Рисунок 3 - Общая классификация систем мониторинга

Таким образом, экологический мониторинг включает как геофизические, так и биологические аспекты, что определяет широкий спектр методов и приемов исследований, используемых при его осуществлении.

2. Мониторинг окружающей среды

2.1 Системы экологического мониторинга

Мониторинг является многоуровневой системой, поэтому по характеру обобщения информации экологический мониторинг окружающей среды выделяют системы детального, локального, регионального, национального и глобального уровней (рис. 4). Цели, методические подходы и практика мониторинга на разных уровнях отличаются.

Рисунок 4 - Уровни экологического мониторинга

Низшим иерархическим уровнем является уровень детального мониторинга («элементарного», по М.А. Шубину, «объектного», по А.В. Шидловской), реализуемого в пределах небольших территорий и т.д.

При объединении систем детального мониторинга в более крупную сеть (например, в пределах района и т.п.) образуется система мониторинга локального уровня. Локальный мониторинг предназначен обеспечить оценку изменений системы на большей площади: территории города, района.

Осуществление мониторинга окружающей природной среды

Экологический мониторинг окружающей среды предусматривает наблюдение за происходящими биосфере и техносфере процессами с целью прогнозирования вероятных изменений их качества, возможных ухудшений среды обитания человека. Собственно, сама система мониторинга окружающей среды не включает в себя деятельность по управлению качеством окружающей среды. Она является источником информации, необходимой для принятия экологически важных и своевременных решений.

Основные процедуры экологического мониторинга:

1. Выделение объекта наблюдения и его обследование.

2. Составление информационной модели для выделенного (определенного) объекта.

3. Планирование измерений.

4. Оценка текущего состояния объекта наблюдения.

5. Идентификация информационной модели объекта наблюдения.

6. Прогнозирование изменения текущего состояния объекта.

7. Предоставление полученной информации потребителю в удобной для него форме.

Важными элементами структуры экологического мониторинга являются:

Системы объектов мониторинга - воздух, вода, почва и др.

Системы производственных работ - виды работ, включающие организацию и проведение экологического мониторинга.

Системы научных и методических разработок - разработка комплекса методик, необходимых при планировании и проведении мониторинга, при анализе результатов наблюдений и их оценке, при прогнозировании и выдаче решений.

Системы технического обеспечения - лабораторное оборудование, аппаратура для сбора информации, компьютеры, технические средства, транспорт, средства связи и др.

Поскольку компонентами окружающей среды являются воздух, вода, минерально-сырьевые и энергетические ресурсы, биоресурсы, почвы и др., то выделяют соответствующие им подсистемы мониторинга. При этом важно создавать не разрозненные, а комплексные системы. Комплексный экологический мониторинг окружающей среды - это организация системы наблюдений за состоянием объектов окружающей природной среды для оценки фактического уровня загрязнения и предупреждения о создающихся критических ситуациях, вредных для здоровья людей и других живых организмов (рис. 5).

Рисунок 5 - Мониторинг окружающей природной среды

При проведении комплексного экологического мониторинга окружающей среды:

а) проводиться постоянная оценка экологических условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т.д.), а так же оценка состояния и функциональной целостности экосистем;

б) создаются условия для определения корректирующих действий в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются.

Система комплексного экологического мониторинга предусматривает:

выделение объекта наблюдения;

обследование выделенного объекта наблюдения;

составление для объекта наблюдения информационной модели;

планирование измерений;

оценку состояния объекта наблюдения и идентификацию его информационной модели;

прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения;

предоставление информации в удобной для использования форме и доведение ее до потребителя.

2.3 Программа мониторинга окружающей среды

Научно обоснованный мониторинг окружающей среды осуществляется в соответствии с Программой. Программа должна включать в себя общие цели организации, конкретные стратегии его проведения и механизмы реализации.

Ключевым элементом любой Программы мониторинга окружающей среды является:

- перечень объектов, находящихся под контролем, их территориальная привязка (хорологическая организация мониторинга);

- перечень показателей контроля и допустимых областей их изменения (параметрическая организация мониторинга);

- временные масштабы - периодичность отбора проб, частота и время представления данных )хронологическая организация мониторинга).

Кроме того, в приложении в Программе мониторинга должны присутствовать таблицы с указанием места, даты и метода отбора проб и представления данных.

Системы наземного дистанционного наблюдения. В настоящее время в программах мониторинга помимо традиционного «ручного» пробоотбора сделан упор на сбор данных с использованием электронных измерительных устройств дистанционного наблюдения в режиме реального времени.

Использование электронных измерительных устройств дистанционного наблюдения проводят используя подключения к базовой станции либо через телеметрической сети, либо через наземные линии, сотовые телефонные сети или другие телеметрические системы.

Преимущество дистанционного наблюдения является то, что в одной базовой станции для хранения и анализа могут использоваться многие каналы данных. Это резко повышает оперативность мониторинга при достижении пороговых уровней контролируемых показателей, например, на отдельных участках контроля. Такой подход позволяет по данным мониторинга предпринять немедленные действия, если пороговый уровень превышен.

Использование систем дистанционного наблюдения требует установки специального оборудования (датчиков мониторинга), которые обычно маскируются для снижения вандализма и воровства, когда мониторинг проводится в легко доступных местах.

Системы дистанционного зондирования. В программах мониторинга широко задействовано дистанционное зондирование окружающей среды с использованием самолетов или спутников, снабженных многоканальными датчиками. Различают два вида дистанционного зондирования.

А) Пассивное обнаружение земного излучения, испускаемого или отраженного от объекта или в окрестностях наблюдения. Наиболее распространенным источником излучения является отраженный солнечный свет, интенсивность которого измеряется пассивными датчиками. Датчики дистанционного зондирования окружающей среды настроены на конкретные длины волн - от далекого инфракрасного, до далекого ультрафиолета, включая и частоты видимого света.

Громадные объемы данных, которые собираются при дистанционном зондировании окружающей среды требуют мощной вычислительной поддержки. Это позволяет проводить анализ слабоотличающихся различий в радиационных характеристиках среды в данных дистанционного зондирования, успешно исключать шумы и «ложные цветовые изображения». При нескольких спектральных каналах удается усилить контрасты, которые незаметны для человеческого глаза. В частности, при задачах мониторинга биоресурсов можно различать тонкие отличия изменения концентрации в растениях хлорофилла, обнаружив области с различием питательных режимов.

Б) При активном дистанционном зондировании со спутника или самолета излучается поток энергии и используется пассивный датчик для обнаружения и измерения излучения, отраженного или рассеянного объектом изучения. Для получения информации о топографических характеристиках исследуемой области часто используется ЛИДАР, что особенно эффективно, когда территория велика и ручная съемка будет дорогостояща.

Дистанционное зондирование позволяет собирать данные об опасных или труднодоступных районах. Применение дистанционного зондирования включают мониторинг лесов, последствия действия изменения климата на ледники Арктики и Антарктики, исследованиях прибрежных и океанских глубин.

Данные с орбитальных платформ, полученные из различных частей электромагнитного спектра в сочетании с наземными данными, представляет информацию для контроля тенденций проявления долгосрочных и краткосрочных явлений, природных и антропогенных. Другие области применения включают управление природными ресурсами , планирование использования земли, а также различные области наук о Земле.

Эффективность экологического мониторинга окружающей природной среды зависит во многом от научного обоснования его методологических и теоретических основ, показателей антропогенных нарушений и изменений в биосфере, критериев оценки разных факторов. Решение этих вопросов может существенно повысить уровень значимости результатов, полученных в ходе реализации программы экологического мониторинга окружающей среды.

Сложность организации мониторинга окружающей среды зависит от его уровня. С учетом уровня экологического мониторинга для его эффективного осуществления должны быть созданы сети станций, пункты, посты наблюдений, оснащенных современным специальным оборудованием. Не менее важным вопросом организации полноценного функционирования системы экологического мониторинга окружающей природной среды является ее финансовое и технологическое обеспечение.

Негативные последствия хозяйственной деятельности и техногенного воздействия человека на окружающую среду для биосферы сегодня уже объективная реальность. Однако негативные результаты антропогенного воздействия в современных условиях развития человеческой цивилизации не являются неизбежными.

Во многом ухудшение состояния окружающей среды связаны с нерациональным использованием природных ресурсов, низким уровнем разработки и дальнейшего внедрения современных безотходных технологий, ошибками в экологической и технической политике, малой изученностью возможных последствий антропогенного воздействия на экосистему.

Таким образом, постоянный мониторинг окружающей среды текущего состояния и грамотное определение тенденций изменения окружающей природной среды являются чрезвычайно важным для долгосрочного прогнозирования качества экологической системы и практических действий по ее улучшению.

6. Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды - одна из важнейших проблем современного общества в эпоху развития научно-технического прогресса, сопровождающегося активным воздействием на природу.

Природные условия - совокупность объектов, явлений и факторов природной среды, имеющих существенное значение для материально-производственной деятельности человека, но непосредственно в нее не вовлекаемые (например, климат).

Природные ресурсы - природные объекты и явления, которые используются или могут быть использованы в будущем для удовлетворения материальных и других потребностей общества и общественного производства, способствующие воспроизводству трудовых ресурсов, поддержанию условий существования человечества и повышения жизненного уровня.

Рациональное природопользование предполагает разумное освоение природных ресурсов, предотвращение возможных вредных последствий человеческой деятельности, поддержание и повышение продуктивности и привлекательности природных комплексов и отдельных природных объектов.

Природные ресурсы делятся на практически неисчерпаемые (энергия солнца, приливов и отливов, внутриземное тепло, атмосферный воздух, вода); возобновляемые ( почвенные, растительные, ресурсы животного мира) и невозобновляемые (полезные ископаемые, пространство обитания, энергия рек).

Возобновляемые природные ресурсы - природные ресурсы, способные к самовосстановлению в процессе круговорота веществ за сроки, соизмеримые с темпами хозяйственной деятельности человека. Рациональное использование возобновляемых природных ресурсов должно базироваться на принципах сбалансированного расходования и возобновления их, а также предусматривать их расширенное воспроизводство.

Невозобновимые природные ресурсы - часть исчерпаемых природных ресурсов, которые не обладают способностью к самовосстановлению за сроки, соизмеримые с темпами хозяйственной деятельности человека. Рациональное использование невозобновляемых природных ресурсов должно базироваться на комплексной и экономной их добыче и расходовании, утилизации отходов и т.д.

С точки зрения вовлечения в хозяйственную деятельность человека, природные ресурсы подразделяют на реальные и потенциальные. Первый вид ресурсов активно эксплуатируется, второй - может быть вовлечен в хозяйственный оборот.

По принадлежности к определенным компонентам природной среды выделяют отдельные виды природных ресурсов:

- биологические;

- экологические;

- геологические;

- климатические;

- водные;

- земельные;

- растительные;

- ресурсы животного мира;

- минеральные и др.

По ведущим признакам и характеру использования выделяют промышленные, сельскохозяйственные, энергетические, топливные. В непроизводственных сферах используются рекреационные, заповедные, ландшафтно-курортные, лечебные и др.

В настоящее время все более обостряется проблема истощения природных ресурсов. Истощение природно-ресурсного потенциала выражается в уменьшении запасов природных ресурсов до уровня, не отвечающего потребностям человечества, его техническим возможностям и нормам безопасности для природных систем.

Истощение природных ресурсов делает дальнейшую их разработку экономически и экологически нецелесообразной.

При расточительном, хищническом использовании некоторые виды возобновимых ресурсов могут исчезать, теряя способность к самовозобновлению. Например, пахотный горизонт почвы мощностью около 18 см при благоприятных условиях восстанавливается 7000 лет.

Интенсификация индустриального вмешательства в процессы природы, потребительское, утилитарное, хищнически истребительное отношение к природе, ее ресурсам и богатствам разрушает единство между человеческим обществом и природой.

Рост производства не может осуществляться за счет истощения природных ресурсов и загрязнения окружающей среды, так как от их состояния зависит не только развитие производства, но и существование жизни на Земле.

Рациональное природопользование предполагает разумное освоение природных ресурсов, предотвращение возможных вредных последствий человеческой деятельности, поддержание и повышение продуктивности и привлекательности природных комплексов и отдельных природных объектов.

Рациональное природопользование предполагает выбор оптимального варианта достижения экологического, экономического и социального эффекта при использовании природных ресурсов.

Комплексное использование природных ресурсов предполагает использование безотходных и малоотходных технологий, повторное использование вторичных ресурсов. С точки зрения воспроизводственного аспекта, комплексное использование природных ресурсов включает широкий круг проблем.

9. Экологический контроль - одно из проявлений экологической функции современного государства. Вместе с тем он - составная часть механизма реализации эколого-правовых норм. В целом экологический контроль - это проверка соблюдения предприятиями, учреждениями, организациями, т. е. всеми хозяйствующими субъектами и гражданами экологических требований по охране окружающей природной среды и обеспечению экологической безопасности общества

Целью экологического контроля является обеспечение деятельности экологопользователей в соответствии с экологическими условиями и требованиями, содержащимися в нормативной документации, утвержденной в установленном порядке.

Экологическому контролю подлежит хозяйственная и иная деятельность, связанная с использованием отдельных видов природных ресурсов и воздействием на окружающую среду, осуществляемая на территории РФ, а также в пределах территориальных вод континентального шельфа, исключительной экономической зоны под юрисдикцией Российской Федерации.

Как уже было сказано, экологический контроль можно рассматривать в двух уровнях.

Во-первых, экологический контроль - это функция государственного управления природопользованием и охраной окружающей природной среды. В этом смысле он представляет собой самостоятельный вид деятельности, в содержание которой входят сбор информации о подконтрольных объектах, ее обработка, оценка и передача для принятия управленческих решений в заранее определенных целях. Данный контроль будет рассмотрен в пункте 1.

Но можно взглянуть на экологический контроль и иначе, как на элемент механизма управления качеством окружающей природной среды. Этот срез экологического контроля позволяет рассматривать его в качестве гарантии выполнения природоохранительных мероприятий и реализации регулирующих эти мероприятия правовых норм, способа обеспечения законности в государственном управлении охраной природы. Контроль в таком понимании будет рассмотрен в пункте 2.

1. Экологический контроль как функция государственного управления природопользованием.

Характеристика экологического контроля в качестве функции государственного управления природопользованием и охраной окружающей природной среды может быть дана с различных позиций. Однако в любом случае подлежат исследованию его цели, функции, методы, формы, объекты, система, виды.

Цели экологического контроля целесообразно рассмотреть в соответствии с требованиями системного анализа, выделив систему целей, включающую конечные цели, подцели и задачи

В качестве одной из подцелей эколого-контрольной деятельности можно выделить обеспечение разумного (не по принципу "после нас хоть потоп", а с учетом того, что после нас должны жить наши дети) использования природных ресурсов. Собственно говоря, речь идет о качестве природной среды, вернее, об одной из его составляющих - сохранении, восстановлении и поддержании ее продуктивности сегодня и в максимально далеком будущем.

Обычно фиксируются две формы контроля - предупредительный (направлен на предотвращение наступления вредных последствий которые могли бы возникнуть вследствие невыполнения необходимых мероприятий по охране природной среды, несоблюдения законов) и текущий (осуществляется при эксплуатации хозяйственных объектов, а также при извлечении природных ресурсов). В процессе их осуществления могут применяться меры государственного принуждения к предприятиям, организациям, должностным лицам и гражданам, виновным в причинении вреда окружающей среде, нарушениях природоохранительного законодательства. Это дало основание выделять еще одну - карательную форму контроля или (по другой терминологии) применение мер административного принуждения в качестве самостоятельной организационно-правовой формы экологического контроля.

И предупредительный и текущий контроль и применение мер административного принуждения опираются на соответствующую информацию. Сбор и обобщение информации с целью ее дальнейшей передачи заинтересованным органам государства и научным учреждениям для принятия соответствующих предупредительных, текущих или карательных мер, разработки экологических норм, правил и нормативов либо использования полученной информации для иной работы по охране окружающей среды составляют содержание Информационного Контроля.

Цель государственного экологического контроля обеспечить разумное использование природных ресурсов, качественную окружающую природную среду. Его основная задача (предопределяемая названной целью) - обеспечить соблюдение экологического законодательства, экологических норм, правил и нормативов, выполнение мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов всеми государственными органами, предприятиями, организациями независимо от их подчиненности, их должностными лицами и иными работниками, а также гражданами. Это означает, что государственный экологический контроль имеет надведомственный характер, в чем состоит его основное отличие от ведомственного и производственного контроля.

Методами государственного экологического контроля (средствами практической реализации его целей и задач) являются: проверка, рассмотрение и согласование плановой, проектно-сметной и нормативно-технической документации; выдача заключений; дача обязательных указаний; запрещение (приостановление, ограничение) эксплуатации промышленных, транспортных и других объектов и строительных работ; привлечение лиц, виновных в экологических правонарушениях, к ответственности.

Государственный экологический контроль осуществляется различных формах:

предупредительный контроль имеет целью не допустить планирования, проектирования, строительства и ввода эксплуатацию хозяйственных объектов, не отвечающих требования экологических правил и норм, а следовательно, предотвратить наступление вредных для окружающей среды последствий. Правовые формы предупредительного контроля могут быть различны: экологическая экспертиза проектов, участие в государственных приемочных комиссиях и т.п.;

текущий экологический контроль ставит целью выявить нарушения экологических правил эксплуатации предприятий, транспорта и других объектов, правил природопользования, определить источники вредных воздействий на природную среду и экологического ущерба;

карательный контроль - государственные органы наделены правом применять меры принуждения. К ним относятся меры административного пресечения (приостановление эксплуатации объектов, видов деятельности или работ), административной ответственности (предупреждение, штраф), административно-процессуальные мер (постановка вопроса о привлечении к уголовной или административной ответственности, возмещении вреда или о применении общественного воздействия);

Ведомственный экологический контроль осуществляется министерствами, государственными комитетами и ведомствами в лице их специальных подразделений -управлений или отделов охраны природы.

Цель ведомственного контроля - обеспечить выполнение планов мероприятий, правил и нормативов охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, предписаний уполномоченных государственных органов на подведомственных объектах контроля. К таким объектам относятся: предприятия, организации и учреждения, организационно подчиненные данному министерству, ведомству; в ряде случаев не подчиненные, но находящиеся на территории (землях, предоставленных в пользование) министерства, государственного комитета, ведомства и обслуживающие его нужды.

Особенности ведомственного контроля таковы: а) контроль ведется в отношении подведомственных объектов; б) органы ведомственного контроля находятся в подчинении министерства, ведомства, деятельность предприятий, организаций и учреждений которого они контролируют; в) права этих органов давать обязательные заключения, указания, предписания об устранении нарушений и т.п. распространяются, как правило, только на руководителей, должностных лиц и других работников системы данного министерства.

Производственный экологический контроль проводится специальными структурными подразделениями предприятий, объединений и других хозяйственных субъектов - санитарно-промышленными лабораториями, отделами охраны природы и т.п.

Правовую основу производственного контроля заложило постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 5 июля 1968 г. "О мерах по дальнейшему улучшению здравоохранения и развитию медицинской науки в стране", которым было предусмотрено организовать на промышленных предприятиях лаборатории или отделения в составе заводских лабораторий для постоянного контроля за соблюдением санитарно-гигиенических нормативов в цехах и на других производственных участках, а также за загрязнением атмосферного воздуха, почвы и водоемов промышленными выбросами; положения о природоохранительной службе конкретного предприятия, утверждаемые их руководителем, на основе Типового положения, утверждаемого соответствующим министерством.

Цель общественного контроля (в том виде, как она определена в действующем законодательстве) - оказать содействие государственным органам в проведении мероприятий по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов.

Правовую основу участия общественности в охране окружающей среды составляют Конституция РФ, закрепившая долг граждан беречь природу (ст.55), их право объединяться в общественные организации (ст. 36) и право граждан участвовать в управлении государственными и общественными делами (ст.37).

Общественный экологический контроль по действующему законодательству осуществляется общественными объединениями, трудовыми коллективами и гражданами в рамках их участия в управлении охраной природы и рациональным природопользованием.

Органы общественного контроля могут быть: специальными и сочетающими функции охраны природы с основной деятельностью; отраслевыми и универсальными, т.е. осуществляющими комплекс природоохранительных мероприятий; республиканскими и местными.

Специальными универсальными организациями являются общества охраны природы. К отраслевым органам общественного контроля относятся общественные рыбоохрана, охотничья, лесная и санитарная инспекции.

2. Контроль как гарантия эффективности механизма охраны окружающей среды.

Нельзя с уверенностью утверждать, что в настоящее время экологический контроль гарантирует достижение целей охраны окружающей природной среды и природопользования. И поэтому необходимо выяснить, что нужно для того, чтобы он стал такой гарантией. Одним из ответов на данный вопрос будет потребность в наладке и усовершенствовании механизма экологического контроля.

В качестве основных его механизмов выделяют: организационный, экономический, правовой механизмы экологического контроля. Нам необходимо рассмотреть каждый из вышеперечисленных механизмов экологического контроля, характеристика которых облегчит реализацию потенциальных возможностей экологического контроля в обеспечении безопасности жизни и здоровья человека.

Легче всего определить роль и место контроля в организационном, управленческом механизме в рассматриваемой сфере. Традиционно контроль - один из способов обеспечения законности в государственном управлении природопользованием и охраной окружающей природной среды. Он имеет собственные цели и содержание, одновременно обеспечивает выполнение других управленческих функций - его органы поставляют собранную в процессе контроля информацию, необходимую для принятия управленческих решений в рамках функций организации, учета, планирования, экспертизы, руководства, координации в этой сфере. Кроме того, контрольные органы выявляют и пресекают нарушение специальных правил, норм и нормативов, без чего невозможна реализация, например, такой функции, как регулирование природопользования и выбросов в окружающую среду. Следует отметить, что в процессе контроля применяются меры административного принуждения, ведутся их статистика, анализ причин, что при правильной постановке дела создает основу для применения других мер юридической ответственности - уголовной, гражданско-правовой, дисциплинарной, необходимых для эффективной реализации означенных выше функций регулирования, экспертизы.

Сложнее с определением позиций контроля в механизме правового регулирования экологических отношений. Этот механизм включает четыре элемента.

Первый - нормы права: а) специальные - эколого-правовые; б) экологизированные, регулирующие хозяйственную деятельность, трудовые и служебные отношения, складывающиеся в процессе ее выполнения; в) нормы-гарантии, обеспечивающие реализацию экологических и экологизированных хозяйственно-правовых) предписаний.

Второй элемент рассматриваемого механизма - эколого-правовые отношения, которые представляют собой связь между людьми, характеризующуюся наличием их взаимных прав и обязанностей по охране окружающей природной среды и использованию природных ресурсов.

Третий элемент - акты применения права, необходимые в тех случаях, когда субъекты не хотят вступать в правоотношения или, вступив в них, не выполняют возложенные на них обязанности.

Четвертый элемент - реальное поведение субъектов в соответствии с требованиями эколого-правовых норм. Кроме того, мало закрепить в специальном законодательстве нормы, регулирующие только государственный контроль, как сейчас. Закон должен создавать базу и для регулирования других видов экологического контроля, прежде всего производственного и общественного.

Что касается места контроля в экономическом механизме охраны окружающей среды и природопользования, то начать, видимо, нужно с определения последнего, поскольку единство в его понимании пока отсутствует, но тем не менее необходимо отметить, что он не сводится лишь к экономическому стимулированию, а включает еще ряд элементов -финансовую базу, экобизнес, экорынок.

При внимательном рассмотрении видно, что и в процессе экономического стимулирования, и в процессе создания и функционирования экологической финансовой базы контроль присутствует или его наличие в различных формах подразумевается. Однако это - не привычная административная деятельность. Это контроль банковский, через кредиты, налоги, цены и т.п. Контроль здесь скорее всего должен служить административной основой для включения экономических рычагов и строиться на сочетании административных и экономических методов, соотношение которых - вопрос меры в зависимости от конкретной экологической и экономической ситуации.

Суммируя вышесказанное следует отметить, что точная отладка работы механизма экологического контроля, выявление взаимосвязи и взаимозависимости между его элементами, обеспечение четкого взаимодействия между ними являются теми обязательными предпосылками, при наличии которых можно говорить о переходе экологического контроля на новый качественный уровень, когда он станет твердой гарантией эффективности механизма охраны окружающей среды.

II. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Экологический контроль как способ организационно-правового обеспечения рационального экологопользования и сохранности экологической системы отличается от мониторинга тем, что представляет собой активное вмешательство по фактам выявленных отклонений на предмет их устранения, в то время как мониторинг ограничивается сбором информации. В отличие от экологического контроля, который представляет собой, как было показано выше, один из видов организационно-управленческой, административной деятельности соответствующих органов государства, ведомств, предприятий или общественности, экологический мониторинг имеет специфические цели, задачи, объекты, формы и методы проведения.

Статья 22 закона "Об охране окружающей среды" определяет экологический мониторинг как систему наблюдений за состоянием окружающей среды для своевременной оценки возможных изменений физических, химических и биологических процессов, уровня загрязнения атмосферного воздуха, почвы, водных и других природных объектов, предупреждения и устранения негативных явлений, а также обеспечения заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной информацией об охране окружающей среды и прогнозированию ее состояния.

Необходимость формирования системы мониторинга окружающей среды обусловлена тем, что для обеспечения качества окружающей среды уже недостаточно ее способности к саморегулированию, самоочищению. Необходима целенаправленная деятельность человека - управление качеством окружающей природной Среды. Такое управление невозможно без информации, полученной в процессе наблюдения, оценки и прогноза состояния окружающей природной среды, неблагоприятного влияния ее факторов на здоровье населения.

Задачи и основные направления государственного мониторинга вытекают из его определения и включают в себя: наблюдение за происходящими в окружающей природной среде физическими, химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, последствиями его влияния на растительный и животный мир, обеспечения заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной информацией об изменениях в окружающей среде, предупреждения и прогноза ее состояния.

Объектами мониторинга являются: а) источники (предприятия, транспорт и т.д.) и факторы (загрязняющие вещества, шум, излучения и т.п.) антропогенных воздействий; б) состояние природной среды, ее отдельных компонентов и их реакция на указанные воздействия; в) состояние здоровья и условий жизнедеятельности населения.

Мониторинг, его оценка, подразумевает, с одной стороны, определение возможного ущерба от антропогенного и естественного воздействия, с другой - определение природных резервов для использования их в интересах человека и оптимальных способов человеческой деятельности.

Прогноз опирается на данные, полученные при наблюдениях и анализе результатов наблюдений. Прогнозируются изменения интенсивности источников и факторов воздействия на природную среду, а также возможные в результате этого изменения в биосфере. Прогноз позволяет наметить меры не только против уже имеющихся вредных воздействий, но и меры профилактического характера.

Система мониторинга окружающей среды включает следующие его виды: санитарно-гигиенический, экологический, климатический мониторинг.

Санитарно-гигиенический мониторинг представляет собой систему наблюдений, регистрации, оценки и прогноза изменений биосферы под влиянием антропогенных воздействий на здоровье человека и условия его жизни. Эта система складывалась в 20-е г. когда начали интенсивно развиваться гигиеническая наука и создаваться санитарно-эпидемиологическая служба, на которую в настоящее время возложены: проведение анализа (оценки) воздействия производственных выбросов и отходов на санитарно-бытовые условия жизни и здоровье населения, разработка на этой основе мероприятий по оздоровлению окружающей среды, составление годовых и перспективных планов профилактических и санитарно-оздоровительных мероприятий.

Экологический мониторинг включает наблюдение, оценку и прогноз антропогенных изменений состояния биосферы (в том числе изменения уровней загрязнения природных сред), ответных реакций на них экосистем, а также изменений, связанных с воздействием загрязнений, сельскохозяйственным использованием земель, вырубкой лесов, урбанизацией и т.п. Так, мониторинг земель представляет собой систему наблюдения за состоянием земельного фонда для своевременного выявления изменений, их оценки, предупреждения и устранения негативных процессов.

Климатический мониторинг в отличие от экологического охватывает климатическую систему (атмосфера - океан - поверхность суши и так далее), т.е. систему, влияющую на формирование климата и любые его изменения.

В зависимости от того, осуществляется ли мониторинг в рамках одного государства или охватывает земной шар в целом, различают национальный и международный (глобальный) мониторинг окружающей среды.

Национальный мониторинг отличается от международного не только масштабами наблюдений, но и тем, что его задачи и приоритетные направления определяются с учетом экологических, экономических и социальных особенностей конкретного государства.

Международный мониторинг осуществляется в рамках Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС), которая охватывает национальные и региональные (многонациональные) системы мониторинга. Первые предложения о создании такой системы были разработаны экспертами Научного комитета по проблемам окружающей среды (СКОПЕ) в 1971 г.; решение о ее создании принято на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (Стокгольм, 16 июня 1973 г.); основные цели и положения программы ГСМОС сформулированы на Первом межправительственном совещании по мониторингу (Кения, Найроби, февраль 1974г).

Цель ГСМОС - обеспечить заинтересованные национальные и международные организации информацией о состоянии, естественных и антропогенных изменениях окружающей среды, необходимой для управления качеством этой среды.

Основными направлениями реализации ГСМОС являются климатический мониторинг, мониторинг загрязнений, мониторинг возобновимых природных ресурсов. Климатический мониторинг осуществляется через сеть наблюдательных станций Всемирной метеорологической организации (ВМО).

III. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА

Термин «экспертиза» происходит от латинского expertus - «опытный». Под ним понимается исследование специалистом (экспертом) каких-либо вопросов, решение которых требует специальных познаний в области науки, техники, искусства. Экспертные оценки представляют собой количественные или порядковые оценки процессов или явлений, не поддающихся непосредственному измерению, а потому основываются на суждениях специалистов.

В зависимости от того какие органы организуют проведение экспертизы и каков круг ее объектов, она подразделяется на государственную, отраслевую, внутрихозяйственную, общественную.

Государственная экологическая экспертиза представляет собой комплекс действий государственных органов и специальные экспертных комиссий по рассмотрению и оценке проектов планов, предплановой, проектно-сметной, нормативно-технической и иной документации, а также новой техники, технологии, материалов и веществ с позиций их соответствия экологическим нормам, правилам и нормативам, соблюдение которых в соответствии с законодательством необходимо на той или иной стадии хозяйственной деятельности.

В отличие от нее, например, отраслевая экологическая экспертиза - это комплекс действий, организуемых и осуществляемых министерствами-разработчиками или министерствами-заказчиками по оценке создаваемой ими новой техники, технологии, материалов и веществ на предмет их соответствия экологическим нормам, правилам и нормативам.

Правовую основу государственной экологической экспертизы составляют закон РБ "О государственной экологической экспертизе", а также закон "Об охране окружающей среды" (раздел 8).

Цели государственной экологической экспертизы определены в данных нормативных актах это:

определение уровня экологической опасности, которая может возникнуть в процессе осуществления хозяйственной и иной деятельности, в настоящем или будущем и прямо или косвенно оказать отрицательное воздействие на состояние окружающей среды и здоровье населения.

оценки соответствия планируемой, проектируемой хозяйственной или иной деятельности требованиям природоохранного законодательства

определение достаточности и обоснованности мар по охране окружающей среды, предусмотренных проектом.

В законе "О государственной экологической экспертизе" также законодательно закреплены следующие принципы государственной экспертизы:

приоритет охраны жизни и здоровья человека, сохранения экологического равновесия, генофонда и биологического многообразия животного и растительного мира

законности, компетентности, научной обоснованности и гласности

интегральной оценки социального, природоохранного, экономического и других аспектов планируемой хозяйственной и иной деятельности

учета суммарного воздействия вредных веществ, выбрасываемых в окружающую среду, и вредных физических воздействий в результате существующей и планируемой хозяйственной и иной деятельности.

выполнения международных обязательств РФ.

Кроме вышеизложенных, в правовой науке выделяют и иные принципы государственной экологической экспертизы, а именно принципы:

презумпции потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной и иной деятельности;

обязательности проведения государственной экологической экспертизы до принятия решений о реализации объекта экологической экспертизы;

комплексности оценки воздействия на окружающую природную среду хозяйственной и иной деятельности и его последствий;

обязательности учета требований экологической безопасности при проведении экологической экспертизы;

достоверности и полноты информации, предоставляемой на экологическую экспертизу;

независимости экспертов экологической экспертизы при осуществлении ими своих полномочий в области экологической экспертизы;

В РБ осуществляется государственная экологическая экспертиза и общественная экологическая экспертиза (в соответствии со ст.28 закона "Об охране окружающей среды").

Государственная экологическая экспертиза производственно-хозяйственной и иной деятельности является одной из форм санкционирования государством тех или иных видов деятельности, пространственного размещения объектов, используемых в хозяйственной и иной деятельности. Эта экспертиза проводится с целью проверки соответствия хозяйственной и иной деятельности требованиям экологической безопасности общества. Государственная экологическая экспертиза есть обязательная процедура контроля за учетом экологических требований при подготовке решений в сфере экологопользования.

Объектом этой экспертизы является (ст.5 закона "О государственной экологической экспертизе"):

предплановая, предпроектная документация по хозяйственной и иной деятельности, которая может оказать отрицательное воздействие на окружающую среду.

проекты планов (программ), основных направлений, схем развития и размещения производительных сил и отраслей народного хозяйства

действующие предприятия, военные, научные и другие объекты, независимо от форм собственности.

экологическое состояние отдельных регионов и местностей, населенных пунктов.

Проведение государственной экологической экспертизы возлагается на специально создаваемые экспертные комиссии. Работа комиссии завершается составлением заключения, в котором должна быть дана оценка и сделаны выводы о допустимости и возможности принятия решения о реализации объекта экологической экспертизы.

Заключение экспертизы является официальным документом, содержащим выводы экспертной комиссии (группы). Председатель и члены экспертной комиссии несут ответственность за правильность и обоснованность своих заключений в соответствии с законодательством РБ.

Законодательством РФ установлен также порядок обжалования заключения экспертной комиссии.

Виды экологической экспертизы можно классифицировать взяв за основу объекты, в отношении которых она проводятся. С этих позиций можно выделить экспертизу: а) предплановой и плановой документации, б) предпроектной и проектной документации, в) нормативно-правовой, нормативно-технической, инструктивно-методической документации по созданию новой продукции, г) новой техники, технологии, материалов и веществ.

Порядок проведения экспертизы, если обрисовать его схематично и безотносительно к различным видам, предусматривает три этапа.

Первый - представление на экспертизу соответствующей Документации или объектов. Основаниями представления могут быть: а) прямое указание об обязательности экспертизы в законе, например при отсутствии утвержденных экологических правил, норм и нормативов для данного вида документации или необходимость отступления от них; б) решение компетентного органа о проведении экспертизы; в) требования общественности или населения и др.

Второй этап - исследование экспертными комиссиями (экспертами) представленной документации или объекта, их соответствия установленным экологическим и другим специальным нормам, правилам и нормативам.

На третьем этапе дается оценка документации или объектов с этих позиций, выносятся заключения экспертов, групп экспертов и на этой основе - соответствующее сводное заключение.

11. Толерантность вида. Термин толерантность (от лат. tolerantia – терпение) означает выносливость вида по отношению к колебаниям какого-либо экологического фактора, или другими словами, способность организмов переносить отклонения экологических факторов среды от оптимальных для них величин. Изменения величин этих факторов для каждого организма допустимы только в определенных пределах, при которых сохраняется нормальное функционирование организма, т.е. его жизнеспособность. Допустимые пределы изменений экологических факторов среды называются границами толерантности. Разные виды организмов отличаются более широкими или более узкими границами толерантности. Чем большие пределы изменения параметров среды безболезненно выдерживает конкретный организм, тем выше толерантность, или устойчивость этого организма к изменению экологических факторов среды.

Адаптация организмов к изменению экологических факторов. Показатели устойчивости организмов в изменяющихся условиях среды обитания определяются возможностями организмов приспосабливаться (адаптироваться) к изменениям биотических и абиотических факторов. Адаптациями называются эволюционно выработанные и наследственно (генетически) закрепленные свойства организмов, обеспечивающие их нормальную жизнедеятельность при изменениях экологических факторов. Адаптационные возможности у разных видов очень сильно различаются. Например, береза хорошо растет как на сухих, так и увлажненных почвах, а сосна – только на почвах с умеренным увлажнением.

Часто важны не только пределы изменения экологических факторов, но и скорость их изменения, т.е. динамика. Не все виды способны приспособиться к быстрым изменениям условий среды. Виды, которые не могут (или не успевают) приспособиться к изменившимся условиям, вымирают и их экологические ниши в экосистемах занимают другие, более пластичные виды.

Рассмотрим основные виды адаптаций организмов к изменениям экологических факторов. Наиболее важными из них являются:

- морфологические;

- физиологические;

- поведенческие.

К морфологическим адаптациям относятся видоизменения органов, например, развитие у баобаба колючек вместо листьев, а у китов и дельфинов – плавников вместо ног. Физиологические адаптации связаны с особенностями ферментативного набора в пищеварительном тракте. Так, потребность животных во влаге удовлетворяется в пустынях путем биохимического окисления жиров, а у растений биохимические процессы фотосинтеза позволяют создавать органическое вещество из неорганических соединений. Поведенческие адаптации проявляются, например, в способах обеспечения теплообмена у птиц путем сезонных перелетов, у животных – с помощью линьки; для обеспечения пищей хищники используют приемы затаивания (в засаде), а их жертвы – защитную окраску.

Устойчивость экосистем – это способность экосистем сохранять структуру и нормальное функционирование при изменениях экологических факторов. Рассмотренные выше адаптации организмов к изменениям факторов среды обитания в определенной степени обеспечивают устойчивость экосистем, в состав которых они входят, к изменению экологических факторов среды. Однако, как и всякая более сложная система, экосистема по сравнению с отдельными видами организмов имеет более высокую степень надежности функционирования в изменяющейся среде, так как на системном уровне формируются и развиваются новые, системные механизмы обеспечения устойчивости и живучести экосистем, которые отсутствовали у отдельных видов. Такие эволюционно выработанные механизмы приспособления экосистем к изменениям среды обитания называются адаптациями экосистем.

Рассмотрим адаптации экосистем, состоящие из адаптационных механизмов двух уровней: видовой уровень и интеграционный, или системный уровень. Видовой (низший) уровень соответствует ранее рассмотренным механизмам в подразделе «Адаптации организмов к изменению экологических факторов». Системный уровень образуют приспособительные механизмы, возникающие за счет видового взаимодействия по трофическим цепям и сетям. Природа этих интеграционных, системных механизмов обеспечения устойчивости экосистем основана на круговороте веществ, который осуществляется с помощью трофических цепей.

Существование биогеохимических круговоротов создает возможность для саморегуляции экосистем (или гомеостаза), что придает экосистеме устойчивость в течение длительных периодов. Например, показателем устойчивости глобальной экосистемы, связанной с круговоротом веществ, может служить следующий факт. Известно, что 93% массы тела человека составляют 4 химических элемента: кислород, углерод, водород и кальций, которые, во-первых, входят в перечень одиннадцати самых распространенных в геосферах Земли химических элементов, и, во-вторых, эти четыре элемента сами образуют более 56% массы геосфер.

Видовое разнообразие – также один из факторов устойчивости экосистем к неблагоприятным факторам среды. Разнообразие обеспечивает как бы подстраховку, дублирование устойчивости. Например, малочисленный вид при неблагоприятных условиях для другого широко представленного вида может резко увеличить свою численность и таким образом заполнить освободившееся пространство (экологическую нишу), сохранив экосистему как единое целое. Такая последовательная смена видов или замена одного биоценоза другим называется сукцессией (от лат. сукцедо – следую).

Чтобы лучше уяснить суть сукцессии в экосистеме, рассмотрим два примера:

1) известно, что после лесного пожара сначала появляются лиственные породы, а затем через 70–100 лет их сменяют хвойные;

2) в упавшем дереве сначала поселяются короеды, затем появляются пожиратели древесины, а бактерии и грибы завершают процедуру превращения упавшего дерева в гумус почвы.

Таким образом, увеличение степени разнообразия является основой того, что экосистемы с более длинными цепями питания формируют более интенсивный круговорот веществ и, следовательно, обладают повышенной устойчивостью благодаря возможностям саморегуляции (гомеостаза).

Гомеостаз. Природные экосистемы (например, лесные, степные) существуют в течение длительного времени и обладают определенной стабильностью, для поддержания которой необходима сбалансированность потоков вещества и энергии в процессах обмена между организмами и окружающей средой. Однако абсолютной стабильности в природе не бывает. Поэтому стабильность состояния природных экосистем является относительной, показателем которой может служить, например, периодически изменяющаяся численность популяций разных видов в экосистеме: численность одних видов увеличивается, других – уменьшается. Такое динамически равновесное состояние, или состояние подвижно-стабильного равновесия экосистем, называют гомеостазом (от греч. гомео – тот же; стазис – состояние).

Ключевой для понимания гомеостаза экосистем термин «подвижно-стабильное равновесие» означает, что устойчивое функционирование экосистем в изменяющихся условиях среды возможно именно вследствие того, что экосистема находится в квазиравновесном состоянии, принципиально отличающимся от понимания состояния равновесия в физике. Чтобы понять это различие, кратко рассмотрим составные части этого термина.

а) Стабильность означает, что природные экосистемы существуют в течение длительного времени и обладают определенной относительной стабильностью во времени и пространстве. Заметим, что особенностью искусственных (техногенных, созданных человеком) экосистем является то, что человек сам должен поддерживать равновесие в этих экосистемах, т.е. управлять процессами их функционирования, например, замена ила в региональных, муниципальных или производственных водоочистных сооружениях, в которых культивируются колонии бактерий, пожирающих, сорбирующих, разлагающих загрязняющие вещества в сточных водах.

б) Подвижность означает изменчивость свойств (например, численности популяций) и структуры экосистемы, т.е. совокупности видов. Последовательные изменения в состоянии равновесия в природных экосистемах отражаются в смене видов (например, в процессе сукцессии), сопровождающейся и изменениями в структуре и свойствах трофических цепей (сетей). Разнообразие видов формирует сукцессию, обеспечивая заполненность пространства жизнью и увеличивая степень замкнутости биогеохимического круговорота в экосистеме.

Следовательно, гомеостатичность – общее свойство всех экосистем, зависящее от эффективности комплекса адаптационных механизмов, действующих как на уровне отдельных видов, так и на уровне экосистемы в целом. Гомеостатичность зависит от возраста и видового разнообразия экосистем и поэтому сильно различается как у разных сообществ, так и в естественных и искусственных экосистемах.

12,15. Закон Российской Федерации «Об экологической экспертизе» [4] определяет экологическую экспертизу (ЭЭ) как «установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы». При этом в российском законодательстве существует и правовое определение более частного понятия — «государственная экологическая экспертиза» (ГЭЭ). Оно содержится в ст. 35 и 36 Закона «Об охране окружающей природной среды» [3]: «Государственная экологическая экспертиза является обязательной мерой охраны окружающей природной среды, которая проводится с целью проверки соответствия хозяйственной и иной деятельности экологической безопасности общества, предшествующей принятию хозяйственного решения, осуществление которого может оказывать вредное воздействие на окружающую природную среду». Комментарий к данному закону определяет экологическую экспертизу как «организационно-правовую форму предупредительного контроля и самостоятельный вид управленческой деятельности». А эколого-правовой словарь, прилагаемый к Комментарию, добавляет к определению «предварительную проверку соответствия хозяйственных проектов, предпроектной документации, программ, изделий, материалов, сырья, продукции, стандартов и иных веществ, решений требованиям экологической безопасности и охраны окружающей среды (ОС)». В сопоставлении с западной терминологией предлагается рассматривать ГЭЭ, как стадию экологической оценки.

Принципы экологической экспертизы

Принципы экологической экспертизы в действующем российском законодательстве довольно хорошо проработаны и закреплены в Законе «Об охране окружающей природной среды» (ст. 35) [3], выделяющем среди них принципы: обязательности, научной обоснованности, независимости (вневедомственности) в организации и проведении, широкой гласности и участия общественности, а также в законе «Об экологической экспертизе» [4], добавляющем принципы презумпции потенциальной экологической опасности и приоритета экологической безопасности, комплексности оценки, достоверности и полноты информации, гласности, ответственности. Кроме того, в неявном виде существует и действует принцип «платности» экологической экспертизы. Остановимся на важнейших из указанных принципов.

1. Принцип обязательности. Являясь ведущим, гласит что «ГЭЭ является обязательной мерой охраны окружающей природной среды, предшествующей принятию хозяйственного решения (ст. 36), а финансирование и осуществление работ по всем проектам и программам производится только при наличии положительного заключения ТЭЭ...» (ст. 70) [3]. Закон «Об экологической экспертизе» [4] добавляет и конкретизирует обязательность ТЭЭ моментом ее проведения до принятия решения о реализации объекта ЭЭ и обязательностью учета требований экологической безопасности. Кроме того, он закрепляет нормы, касающиеся обязательности заключения ГЭЭ и его исполнения (ст. 18): «... положительное заключение ГЭЭ является одним из обязательных условий финансирования и реализации объекта государственной ЭЭ...», а также то, что «... правовым последствием отрицательного заключения государственной ЭЭ является запрет реализации объекта ГЭЭ». Это касается и международно-правовой деятельности: «...несоблюдение требования обязательного проведения ГЭЭ проекта международного договора является основанием признания его недействительным». На практике обязательность ЭЭ проявляется в основном по отношению к проектам и 'программам, осуществление которых может оказывать вредное воздействие на окружающую природную среду.

2. Принцип научной обоснованности, объективности и законности заключений ГЭЭ. Рассматривается в законах [3, 4] в совокупности и означает, что ЭЭ представляют собой научно-исследовательский процесс и должны производиться на современном научно-техническом уровне с использованием новейших форм и методов научных исследований квалифицированными учеными-экспертами. При этом в результате должна быть осуществлена не столько- фиксация допущенных нарушений, сколько оценка их последствий, разработаны рекомендации органам или лицам, принимающим решения, а также выполнены необходимые прогнозы их реализации в действующих объектах.

3. Принцип независимости и вневедомственности. Относится в основном к ГЭЭ и означает, что непременным условием ее эффективности является функциональная и финансовая независимость организующих ЭЭ органов и проводящих ее экспертов (преимущественно внештатный статус последних, их надлежащее финансовое, организационное, материально-техническое и другое обеспечение). Это создает условия для свободного волеизъявления эколого-экспертной комиссии, которая в своей работе должна руководствоваться только фактами, научными методами их обоснования и действующими законами. Общественная ЭЭ в теории предполагает ещё большую её независимость, однако сегодня на практике оказывается вдвойне зависимой: один раз - от ГЭЭ (пока та не признает её результатов), а второй раз - от групповых общественных интересов (ведь её организуют и проводят как правило уже с заранее сформировавшейся целью — доказать невозможность принятия решения о реализации объекта). ОВОС также нельзя рассматривать как полностью независимую, т.к. лица, её проводящие, как правило, зависимы (причем финансово) от заказчика документации или ОВОСа.

4. Принцип широкой гласности и участия общественности. Предполагает доступность и достоверность информации о ходе проведения экспертизы, принятых решениях и их учете органом управления при реализации объекта экспертизы; возможность общественных организаций и граждан получать такую информацию доводить до сведения лиц, принимающих решения, свою пози цию; обязательность для последних сообщать о принятых решениях и т.д. Этот принцип обеспечивается, в частности, ст. 84 и 86 закона [3], предусматривающими административную ответственность за отказ в предоставлении, или несвоевременное предоставление, или искажение экологической информации, а также возмещение причиненного таким правонарушением вреда. Гласность и достоверность экологической информации тесно связаны с привлечением общественности к участию в проведении государственной ЭЭ. Формы такого участия, подразумеваемые российским законодательством, многообразны: это рассмотрение предложений граждан и общественных объединений о самом проведении экологической экспертизы, возможное включение представителей общественности в состав экспертных комиссий, ознакомление населения с результатами государственной ЭЭ, проведение референдумов и т.д.

Виды и типы экологической экспертизы

Виды и типы экологической экспертизы в законодательстве России [3, 4] определены два вида ЭЭ — государственная и общественная. Что касается типов ЭЭ, то в России они законодательно пока не закреплены, но могут быть классифицированы по типу объекта, субъекта и этапа проводимой экспертизы. Существуют и специфические типы ЭЭ (при приватизации, страховании, инвестиционной деятельности и т.д.). Не вдаваясь в подробности типов объектов экспертизы, можно выделить 3 основных группы «по типу объекта»: ЭЭ предплановых, предпроектных и проектных материалов. Классификация по типу субъекта, уполномоченного проводить экспертизу, приводит к отраслевому рассмотрению и ведомственному согласованию как предварительному этапу экспертизы. Учитывая, что по российскому законодательству таких ведомств и федеральных служб, имеющих (кроме Госкомэкологии России) отношение к экологической экспертизе и частным оценкам в данной области, насчитывается около десяти, следует отметить, что и типов ЭЭ в этом случае оказывается также довольно много. Однако «ведомственный» подход, оправданный при анализе отдельных видов ресурсов или воздействий на ОС, не вполне приемлем в случае комплексной экологической экспертизы. Именно поэтому для координирования, организации и проведения ГЭЭ законодательством и административно Госкомэкологии России определен в качестве органа, осуществляющего межведомственные связи и общую координацию в сфере экологической экспертизы.

Отнесение типа ЭЭ к этапам хозяйственной деятельности ещё более сложно, т.к. таких этапов может быть около шестиста (планирование, проектирование, строительство, выпуск оборудования, штатное или аварийное осуществление деятельности и, наконец, её прекращение или ликвидация материальной структуры этой деятельности). Типизация экспертиз усложнена тем, что на каждом этапе деятельности одновременно или последовательно могут проводиться несколько мероприятий, несущих сегодня в себе экспертные функции: экомониторинг и предварительный экоаудит, экологическое обоснование, ОВОС и собственно ЭЭ (государственная и/или общественная), а также постаудит. В итоге получается матрица «парных» типов ЭЭ, например, «ОВОС проекта», или «ГЭЭ программы ликвидации (перепрофилирования и т.д.) предприятия», или «экоаудит документации по приватизации предприятия» и т.д.

Порядок организации и проведения экологической экспертизы

Процедура, включающая в себя случай и основания для назначения, условия организации и порядок проведения, организационные формы и правила, учитываемые аспекты, а также конечные результаты, отличается для различных видов и типов экологических экспертиз. Рассмотрение этих различий, прежде всего между государственной и общественной ЭЭ, между процедурой ОВОС и процедурой ГЭЭ, а также между другими типами специальных экспертиз или оценок помогают студенту (слушателю) лучше понять и усвоить организационно-процедурную сторону этого вида экологической деятельности, что немаловажно при формировании профессионального эколога-эксперта.

Основания и случаи проведения экологической экспертизы в законодательстве четко не определены (в законе [3] отсутствуют, а в законе [4] определяются косвенно). Как отмечают практики, «представляется важным дать более определенное описание случая, не ограничиваясь только перечнем объектов, подлежащих ГЭЭ...».

Основания для проведения ГЭЭ

— конкретный перечень объектов (проектов), имеющих нормативно и документировано выраженные требования по своему составу и объему;

— решение соответствующего органа законодательной, исполнительной или судебной власти;

— инициативное решение самого специально уполномоченного в области ЭЭ государственного органа (органа государственной ЭЭ);

— решение органа местного самоуправления или результаты референдума (опроса — для ОЭЭ), выражающие мнение не менее одной трети граждан, проживающих на данной территории

Исходя из принципов презумпции потенциальной экологической опасности любой деятельности и обязательности экологической экспертизы, она, очевидно, должна проводиться во всех случаях по указанным в законе объектам - на основании представления материалов в экспертизу. Но отсюда пока ещё не следует прямое основание для её назначения, а только лишь косвенное, определяемое через права и обязанности специально уполномоченных государственных органов в области ЭЭ — это решение соответствующего уровня органа управления. Единственное прямое, законодательно закрепленное основание проведения ГЭЭ относится только к повторной экспертизе, которая осуществляется на основании решения суда или арбитражного суда (ст. 14) закона [4].

На уровне подзаконных актов (в Регламенте проведения ЭЭ [8]) основания сформулированы следующим образом — Государственная экологическая экспертиза проводится на основании:

— поручений Правительства Российской Федерации;

— решений органов государственной власти субъектов РФ (для территориальных органов),

— указаний руководства Госкомэкологии России;

— заявления заказчика материалов, подлежащих государственной экологической экспертизе;

— решения судебных органов соответствующей инстанции;

— в порядке выборочной проверки проведения государственной экологической экспертизы специально уполномоченными государственными органами в области экологической экспертизы.

Статья 12 этого же закона конкретизирует случаи проведения повторной экологической экспертизы по объектам, ранее получившим положительное заключение ГЭЭ:

— изменения условий природопользования специально уполномоченным на то государственным органом в области охраны окружающей среды;

— доработка объектов ГЭЭ по замечаниям проведенной ранее ГЭЭ;

— внесение изменений в документацию после получения положительного заключения ГЭЭ;

— реализация объекта ГЭЭ с отступлениями от документации, получившей положительное заключение ГЭЭ и (или) в случае внесения изменений в указанную документацию;

— истечение срока действия положительного заключения ГЭЭ; Не менее важным, чем случай и основания, для экологоправовой практики является то, как определяются условия проведения ЭЭ. Ранее не регламентировавшиеся в законодательных актах, они закреплены теперь в законе [4] (ст. 14). Не слишком углубляясь в подробности, к таким условиям по Закону можно отнести: соответствие формы и содержания представляемых материалов установленным требованиям и порядку проведения ГЭЭ; наличие в составе представляемой документации материалов ОВОС, необходимых положительных заключений и (или) документов согласований соответствующих органов (ведомств); материалов обсуждений объекта ЭЭ с общественностью; предварительная оплата ЭЭ заказчиком документации и др.

Положение «О порядке проведения ГЭЭ» [7] конкретизирует некоторые нормы Закона в отношении государственной ЭЭ, устанавливая, что ГЭЭ организуется и проводится при условиях:

— регистрации представляемых материалов в установленном порядке и предварительной проверки их полноты и достаточности;

— оплаты заказчиком в течение 30 дней со дня получения уве-домления о регистрации и при необходимости — представления заказчиком в установленный срок запрашиваемых органом экологической экспертизы материалов;

— соответствии материалов установленным требованиям (в соответствии с Инструкцией [5]);

— создания экспертной комиссии и назначения приказом по специально уполномоченному органу в области ЭЭ ее состава;

— назначения тем же приказом срока проведения ГЭЭ (до 4 месяцев, а в исключительно сложных случаях — до 6 месяцев);

— выполнения Регламента государственной экологической экспертизы в соответствии с [8]);

— информирования заинтересованных организаций о её результатах все вышеперечисленные условия организации и проведения экологической экспертизы применяются как в случае государственной, так и общественной ЭЭ.

В вышеуказанных и других нормативно-методических документах, в замечаниях практиков эти условия, а также порядок учета природных, социально-экономических и других факторов при проведении ЭЭ регламентируются более подробно. Так, в соответствии с «Руководством по экологической экспертизе предпроектной и проектной документации» [11] рекомендуется представлять на ГЭЭ материалы, учитывающие следующее аспекты:

— информацию о природной среде (природные условия) и о хозяйственном использовании территории, о природоохранных объектах, о количественных показателях состояния компонентов экосистем,

— оценку существующего экологического состояния (ситуации) территории,

— сведения об экономическом потенциале, социальной среде и здоровье населения,

— данные о характере планируемой деятельности и видах воздействия на ОС,

— ограничения по пользованию природной средой или природными ресурсами,

— прогноз изменений природной среды при реализации проектных решений;

— оценку последствий воздействия объекта на природную и население,

— характеристику и оценку эффективности природоох] мероприятий и других мер по предупреждению и снижению негативного воздействия объекта или деятельности.

Для унификации процедур экологического обоснования, государственной экологической экспертизы Госкомэкологии РФ разработан специальный Перечень рекомендованных к использованию нормативных документов [6].Общие требования к содержанию подаваемых на ЭЭ документов и материалов (нормативных документов, экологических обоснований в прединвестиционной, в предпроектной и проектной градостроительной и другой документации, а также экологических обоснований техники, технологии, материалов и лицензий) отражены в Инструкции по экологическому обоснованию хозяйственной и иной деятельности [5]. Ряд требований по документации содержится также в Регламенте проведения ГЭЭ [8], который в настоящий момент является основным «процедурным» документом по экологической экспертизе вообще.

Процедура ГЭЭ закреплена её Регламентом, описывающим эколого-экспертный процесс. Регламент разработан с целью установления единых правил проведения государственной экологической экспертизы в Российской Федерации и предназначен для использования: государственными органами, организующими государственную экологическую экспертизу; экспертами государственной экологической экспертизы; заказчиками материалов, подлежащих государственной экологической экспертизе. Регламент рекомендован для общественных организаций (объединений), осуществляющих экологическую экспертизу. Государственная экологическая экспертиза проводится за плату. Финансирование государственной ЭЭ осуществляется за счет средств заказчика материалов, подлежащих ГЭЭ. Стоимость проведения государственной экологической экспертизы определяется в соответствии с нормативными документами Госкомэкологии России, утвержденными в установленном порядке. В Регламенте [8] определен порядок предварительного рассмотрения документации, поступившей на ГЭЭ. Основные его моменты заключаются в следующем. Материалы, подлежащие государственной экологической экспертизе, представляются в двух экземплярах, материалы согласований, обсуждений и иные документы — в одном экземпляре. Материалы, поступившие в подразделение, специализированное я в области проведения государственной экологической экспертизы! Госкомэкологии России или его территориального органа (экспертное подразделение), регистрируются в установленном порядке и передаются на исполнение штатному сотруднику — ответственному исполнителю. Ответственного исполнителя из числа штатных работников, обеспечивающего организацию и соблюдение процедуры проведения государственной экологической экспертизы, назначает начальник экспертного подразделения. Ответственный исполнитель в недельный срок со дня регистрации материалов проверяет комплектность поступившей документации и соответствие требованиям ст. 14 Федерального закона «Об экологической экспертизе», а также раздела 2 Регламента [8].При представлении документации, не соответствующей указанным требованиям, природоохранный орган в течение семи дней после регистрации поступивших материалов уведомляет заказчика о недостающих материалах и сроках их представления.

Документация, не укомплектованная в течение установленного срока (но не более одного месяца со дня получения извещения), возвращается заказчику с письменным уведомлением. При наличии полного комплекта документации ответственный исполнитель определяет:

— категорию сложности государственной экологической экспертизы;

— продолжительность её проведения; количество привлекаемых экспертов;

— стоимость проведения государственной экологической экспертизы.

Он же подготавливает уведомление заказчику о приеме материалов на экспертизу и о необходимости оплаты государственной экологической экспертизы материалов в течение 30 дней со дня получения уведомления (с приложением счета на оплату и расчета стоимости экспертизы). При не поступлении документа, подтверждающего оплату проведения государственной экологической экспертизы в течение 30 дней со дня получения заказчиком документации счета на оплату, государственная экологическая экспертиза не проводится, а материалы возвращаются заказчику с письменным уведомлением. Организация проведения государственной экологической экспертизы. Начало срока проведения государственной экологической экспертизы устанавливается не позднее, чем через 30 дней после ее оплаты (после получения копии платежного поручения). В течение этого срока ответственный исполнитель подготавливает предложения по кандидатурам руководителя и ответственного секретаря экспертной комиссии (ответственный секретарь экспертной комиссии назначается из числа штатных сотрудников, обычно это — ранее назначенный ответственный исполнитель). Руководитель экспертной комиссии и ответственный исполнитель уточняют численный состав экспертной комиссии, определяют персональный состав экспертной комиссии и формируют при необходимости группы экспертов, подготавливают проект календарного плана работы экспертной комиссии, подготавливают техническое задание руководителям групп Число членов экспертной комиссии должно быть нечетным и не менее трех. Проведение государственной экологической экспертизы несложных объектов может быть поручено экспертной комиссии из числа штатных экспертов специально уполномоченного органа в области государственной экологической экспертизы.Оплата участия штатных экспертов в проведении государственной экологической экспертизы объектов внебюджетного финансирования производится в порядке, определенном «Положением об оплате труда внештатных экспертов государственной экологической экспертизы Госкомэкологии России и его территориальных органов в субъектах Российской Федерации».

Ответственный исполнитель подготавливает: техническое задание на проведение ГЭЭ, трудовые соглашения с каждым членом экспертной комиссии; проект приказа на проведение ГЭЭ и представляет его руководству Госкомэкологии России или его территориального органа. Государственная экологическая экспертиза объекта начинается со дня подписания приказа Госкомэкологии России (его территориального органа) о проведении экспертизы. Продолжительность проведения ГЭЭ определяется в зависимости от трудоемкости экспертных работ по объекту экспертизы, но не должна превышать 120 дней. В процессе проведения государственной экологической экспертизы при необходимости могут быть изменены сроки её проведения. Изменение сроков проведения ГЭЭ оформляется приказом Госкомэкологии России или его территориального органа. При этом общий срок проведения ГЭЭ не должен превышать шесть месяцев. Ответственный исполнитель в течение 10 дней после подписания приказа о проведении ГЭЭ информирует об этом органы государственной власти и органы местного самоуправления, на территории которых намечается реализация объекта экспертизы. Руководитель экспертного подразделения утверждает техническое задание на проведение ГЭЭ, а также технические задания руководителям групп и экспертам. Руководитель экспертного подразделения и эксперты подписывают трудовые соглашения между ними и специально уполномоченным государственным органом в области экологической экспертизы.

13. Закон толерантности

Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввел спустя 70 лет в 1913 г. после Либиха, американский зоолог В.Шелфорд. Он обратил внимание на то, что ограничивать развитие живых организмов могут не только те экологические факторы, значения которых минимальны, но и те, которые характеризуются экологическим максимумом, и сформулировал закон толерантности: «лимитирующим фактором процветания популяции (организма) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, а диапазон между ними определяет величину выносливости (предел толерантности) или экологическую валентность организма к данному фактору)» (рис. 2).

Рисунок 2- Зависимость результата действия экологического фактора от его интенсивности

Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения или пессимума. Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно. Предел толерантности описывает амплитуду колебаний факторов, которая обеспечивает наиболее полноценное существование популяции. Отдельные особи могут иметь несколько иные диапазоны толерантности.

Позднее были установлены пределы толерантности относительно различных экологических факторов для многих растений и животных. Законы Ю. Либиха и В. Шелфорда помогли понять многие явления и распределение организмов в природе. Организмы не могут быть распространены повсюду потому, что популяции имеют определенный предел толерантности по отношению к колебаниям экологических факторов окружающей среды.

Многие организмы способны менять толерантность к отдельным факторам, если условия меняются постепенно. Можно, например, привыкнуть к высокой температуре воды в ванне, если залезть в теплую воду, а потом постепенно добавлять горячую. Такая адаптация к медленному изменению фактора - полезное защитное свойство. Но оно может оказаться и опасным. Неожиданное, без предупреждающих сигналов, даже небольшое изменение может оказаться критическим. Наступает пороговый эффект: последняя капля» может оказаться фатальной. Например, тонкая веточка может привести к перелому уже перегруженной спины верблюда.

Принцип лимитирующих факторов справедлив для всех типов живых организмов - растений, животных, микроорганизмов и относится как к абиотическим, так и к биотическим факторам. Например, лимитирующим фактором для развития организмов данного вида может стать конкуренция со стороны другого вида. В земледелии лимитирующим фактором часто становятся вредители, сорняки, а для некоторых растений лимитирующим фактором развития становится недостаток (или отсутствие) представителей другого вида. В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден, и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах она просто необходима. В частности, избыток воды препятствует нормальному почвообразованию в черноземной зоне.

Было установлено следующее:

· организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам широко распространены в природе и часто бывают космополитами, например, многие патогенные бактерии;

· организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий диапазон относительно другого. Например, люди более выносливы к отсутствию пищи, чем к отсутствию воды, т. е. предел толерантности относительно воды более узкий, чем относительно пищи;

· если условия по одному из экологических факторов становятся неоптимальными, то может измениться и предел толерантности по другим факторам. Например, при недостатке азота в почве злакам требуется гораздо больше воды;

· пределы толерантности у размножающихся особей и потомства меньше, чем у взрослых особей, т.е. самки в период размножения и их потомство менее выносливы, чем взрослые организмы. Так, географическое распределение промысловых птиц чаще определяется влиянием климата на яйца и птенцов, а не на взрослых птиц. Забота о потомстве и бережное отношение к материнству продиктованы законами природы. К сожалению, иногда социальные «достижения» противоречат этим законам;

· экстремальные (стрессовые) значения одного из факторов ведут к снижению предела толерантности по другим факторам. Если в реку сбрасывается нагретая вода, то рыбы и другие организмы тратят почти всю свою энергию на преодоление стресса. Им не хватает энергии на добывание пищи, защиту от хищников, размножение, что приводит к постепенному вымиранию. Психологический стресс также может вызывать многие соматические (гр. soma - тело) заболевания не только у человека, но и у некоторых животных (например, у собак). При стрессовых значениях фактора адаптация к нему становится все более и более «дорогостоящей».

Возможно выделение вероятных слабых звеньев среды, которые могут оказаться критическими или лимитирующими. При целенаправленном воздействии на лимитирующие условия можно быстро и эффективно повышать урожайность растений и производительность животных. Так, при разведении пшеницы на кислых почвах никакие агрономические мероприятия не дадут эффекта, если не применять известкование, которое снизит ограничивающее действие кислот. Или, если выращивать кукурузу на почвах с очень низким содержанием фосфора, то даже при достаточном количестве воды, азота, калия и других питательных веществ она перестает расти. Фосфор в данном случае - лимитирующий фактор. И только фосфорные удобрения могут спасти урожай. Растения могут погибнуть и от слишком большого количества воды или избытка удобрений, которые в данном случае тоже являются лимитирующими факторами.

Если изменение значения лимитирующего фактора приводит к много большему (в сравниваемых единицах) изменению выходной характеристики системы или других элементов, то лимитирующий фактор называют управляющим элементом по отношению к этим последним управляемым характеристикам, или элементам.

Часто хорошим способом выявления лимитирующих факторов служит изучение распределения и поведения организмов на периферии их ареала. Если согласиться с утверждением Андреварты и Бирча (1954), что распределение и обилие контролируются одними факторами, то изучение периферии ареала должно быть вдвойне полезным. Однако многие экологи считают, что численность в центре ареала и распределение на его периферии могут управляться совершенно разными факторами, тем более что, как обнаружено генетиками, особи периферических популяций могут отличаться от особей центральных популяций на уровне генотипа.

14. Понятие эволюции

Понятие "эволюция" употребляется в разных смыслах, но большей частью отождествляется с развитием. Под эволюцией живого мира понимают процесс развития природы со времени возникновения жизни до настоящего времени. В ходе эволюции менялись и возникали новые виды, появлялись все более сложные формы живых организмов, причем живое приспосабливалось к изменениям окружающей среды. После возникновения одноклеточных ступень эволюции заключалась в образовании и прогрессивном развитии многоклеточного организма. Одной из важных предпосылок возникновения высокоразвитых форм жизни стало образование колоний клеток путем скопления клеток с ядрами (эукариотов) и распределения функций между ними. Возникновение примерно 0,6 млрд лет назад многоклеточных эукариотов привело к взрывоподобному увеличению числа высокоразвитых форм жизни. [1]

В течение сравнительно короткого геологического периода появились многие виды беспозвоночных и макроскопические водоросли. Для того чтобы произошел этот эволюционный скачок, понадобились три шага: 1) развитие полового размножения; 2) открытие принципа гетеротрофии; 3) образование колоний клеток с распределением функций. [3]

Всех многоклеточных разделяют на три царства: грибы (Fungi), растения (Melaphyta) и животные (Metazoa). Относительно эволюции грибов известно очень мало, так как палеонтологическая летопись их остается скудной. Два других царства намного богаче представлены ископаемыми остатками, дающими возможность довольно подробно восстановить ход их истории.

В протерозойскую эру (около 1 млрд лет назад) эволюционный ствол древнейших эукариот разделился на несколько ветвей, от которых возникли многоклеточные растения (зеленые, бурые и красные водоросли), а также грибы. Большинство из первичных растений свободно плавало в морской воде (диатомовые, золотистые водоросли), часть прикреплялась ко дну.

Существенным условием дальнейшей эволюции растений было образование почвенного субстрата на поверхности суши в результате взаимодействия бактерий и цианей с минеральными веществами и под влиянием климатических факторов. В конце силурийского периода почвообразовательные процессы подготовили возможность выхода растений на сушу (440 млн лет назад). Среди растений, первыми освоивших сушу, были псилофиты.

Самые ранние следы животных обнаруживаются в конце докембрия (700 млн лет назад). Предполагается, что первые животные произошли либо от общего ствола всех эукариот, либо от одной из групп древнейших водорослей.

Можно выделить четыре основных этапа эволюции: 1) биохимическая эволюция, начавшаяся примерно 3 млрд лет назад и закончившаяся к кембрию; 2) морфофизиологический прогресс, осуществляемый на протяжении 500 млн лет до настоящего времени; 3) эволюция психики, начавшаяся около 250 млн лет назад с момента появления насекомых; 4) эволюция сознания, связанная с возникновением и развитием человеческого общества на протяжении последних 500 тыс. лет. [2]

Современный эволюционизм подразделяет эволюционный процесс на микро- и макроэволюцию. [6]

Микроэволюция -- процесс перестройки внутри вида, ведущий к образованию новых популяций, подвидов и заканчивающийся образованием нового вида. Микроэволюция может происходить в достаточно короткие промежутки времени. В результате мутаций (наследственной изменчивости) происходят случайные изменения генотипа. Мутации чаще всего рецессивны и редко бывают полезными для вида, но все-таки какие-то могут оказаться полезными и тогда особь получает сразу большое преимущество перед остальными особями популяции. Так, жирафы с более длинной шеей получали преимущество питаться листьями с высоких деревьев. Появление нового признака вызывает процесс дивергенции в популяции.

Расхождение признаков (дивергенция) заключается в том, что особи с ярко выраженными вариантами какого-то признака будут или преимущественно выживать, или вымирать (не оставлять потомства). Наиболее приспособленная группа будет более интенсивно размножаться и передавать полезный признак по наследству, укрепляя его и увеличиваясь в численности. Особи с неявно выраженным признаком будут постепенно вытесняться более приспособленными. Таким образом возникают новые подвиды и виды. Дивергенция всегда имеет характер группового отбора особей с полезными признаками из-за естественного отбора, т. е. из-за мутаций, лежащих в основе отбора.

Так, более 20 видов лютиков имеют одного предка. Причина расхождения -- географическая: болото, луг, лес и т. д. Если в одинаковых условиях существования животные, относящиеся к разным группам, приобретают сходное строение, то говорят о конвергенции, а для генетически близких групп -- о параллелизме.

Численность популяции изменяется дивергенцией. Волны численности, существующие в популяции, зависят от изменений климата, количества врагов, количества пищи и т. п. Может даже случиться, что сумеют выжить только те особи, которые приобрели полезный признак.

Так, в засушливый год выжили жирафы с более длинной шеей. Если бы они не были пространственно отделены от других популяций и могли скрещиваться с живущими рядом в соседней долине, где засуха не столь существенна из-за водоема, жирафами с короткой шеей, то новый вид не образовался бы.

Изоляция популяций необходима для образования нового вида, она -- важнейший фактор микроэволюции. Изоляция как фактор видообразования может достигаться различным образом:

Географическая изоляция связана с расширением зоны обитания (ареала). В новых условиях постоянно происходят мутации, наследственные изменения, действует естественный отбор, что приводит к новому виду. Преградами могут быть реки, горы, ледники и пр. Образование вида таким образом занимает сотни и тысячи поколений. Дарвин выделял роль среды в видообразовании. Животные, обитающие на островах Зеленого Мыса, несмотря на некоторое сходство с материковыми видами, имели существенные различия.

Временная изоляция достигается несовпадением сроков размножения между двумя подвидами. В результате подвиды расходятся еще больше и возникают два новых вида. Таких примеров много среди рыб.

Репродуктивная изоляция возникает из-за различий в поведении или несовместимости генетического материала.

Макроэволюция -- процесс формирования более крупных единиц: из видов -- новых родов, из родов -- новых семейств и т. д. Эти процессы нельзя изучать непосредственно, поскольку они очень длительны. Но в основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в микроэволюции: наследственная изменчивость и начало дивергенции; естественный отбор и продолжение дивергенции, гибель менее приспособленных и образование новой структурной единицы; репродуктивное разобщение, что доказывается несколькими независимыми путями:.

Движущие силы эволюции видов в природе -- наследственная изменчивость и естественный отбор. Наследственная изменчивость дает материал для эволюции, а естественный отбор определяет, насколько полезен возникший из-за мутаций признак. По Дарвину, основа естественного отбора -- борьба за существование. Это может быть борьба внутривидовая -- за воду и свет, за лучшие участки и доступ к водоему и др. ; межвидовая -- между хищниками и грызунами на одной территории; борьба с неблагоприятными условиями среды. И все новые признаки, возникающие в результате наследственной изменчивости, проверяются естественным отбором. Доказательством существования отбора он считал тот факт, что каждая пара организмов дает больше потомков, чем их дорастет до взрослого состояния. В борьбе за существование выживают те, которые смогли передать своим потомкам набор признаков, обеспечивающий им лучшую приспособляемость, которая выражается в строении организмов, поведении и т. д. Но она носит относительный характер, помогая выживать только в условиях, в которых сформировалась. [1]

Так, осетр мечет 2 млн икринок, а доживают до взрослых рыб -- единицы. Вблизи промышленных предприятий темноокрашенные особи как менее заметные вытеснили светлоокрашенных. Некоторые животные выработали окраску, которая делает их похожими на опасные виды, чтобы защититься от нападения хищников. Особенности формы дельфина позволяет ему развивать скорость до 40 км/ч. Стриж имеет длинные узкие крылья, помогающие ему прекрасно летать, но не позволяющие взлетать с ровных поверхностей и, если ему не с чего спрыгнуть, он погибает.

Под действие отбора могут попасть и отдельные особи, и целые популяции. Он определяет направление эволюции, собирая и интегрируя многочисленные случайные отклонения, сохраняя не признаки, а комплекс признаков или фенотипы, т. е. определенные комбинации генов, свойственных организму. Выделяют несколько форм отбора.

Движущий отбор проявляется при изменении условий существования вида. Его давление направлено в пользу особей, имеющих отклонение определенного признака от нормы. Происходит сдвиг общей нормы и возникает новая. Дивергенция между старой и новой нормами ведет к видообразованию. Движущий отбор лежит в основе появления популяций насекомых, устойчивых к определенному яду. Эти особи приобретают преимущества при размножении, и их потомки занимают места умерших насекомых, которые не обладали этим признаком. Таким путем исчезли и многие органы, не используемые несколькими сотнями поколений. [2]

Стабилизирующий отбор действует в почти неизменных условиях существования. Он оказывает давление в пользу особей, имеющих средние значения какого-то признака. В результате происходит их укрепление, предохранение от разрушающего действия мутаций. И в местностях, где условия жизни не менялись, сохранились древние виды, вымершие в других местах. Например, сохранился реликтовый таракан, голосеменное растение гинкго, кистеперая рыба латимерия.

Разрывающий отбор действует при изменении условий существования, его давление направлено в пользу организмов, имеющих отклонения от нормы в обе стороны. И формируется новая норма реакции. Так, на островах, где сильны ветры, мухи с нормальными крыльями сдуваются и гибнут. Преимущество у мух или с недоразвитыми крыльями (они ползают), или с длинными крыльями (они хорошо летают и оказывают сопротивление ветру).

Биологический прогресс -- результат успеха в борьбе за существование. Он характеризуется возрастанием численности особей, расширением ареала обитания, увеличением числа групп более низкого ранга. Биологический регресс характеризуется обратными признаками и ведет к вымиранию. К биологическому прогрессу ведут следующие факторы:

-морфологический прогресс -- усложнение организма, поднятие его на более высокий уровень. Строение организма изменяется не вследствие приспособления к изменяющимся условиям среды, оно позволяет расширить использование условий внешней среды. При дальнейшей эволюции эти изменения, называемые арогене-зом, сохраняются и ведут к возникновению новых групп, видов;

-аллогенез -- эволюционное направление, сопровождающееся идиоадаптацией -- приспособлением к специальным условиям среды, полезным в борьбе за существование, но не меняющим уровня организации. Пример -- колючки растений или изменение окраски животных;

-катагенез -- эволюционное направление, сопровождающееся упрощением организации. Фактически -- это морфологический регресс. Пример -- переход к паразитическому образу жизни, уменьшающий способности к конкурентной борьбе.

После возникновения морфологического прогресса начинается приспособление отдельных популяций к условиям существования путем идиоадаптации. Например, класс птиц при расселении по суше дал огромное разнообразие форм. Хотя основы их строения одинаковы, частные приспособления отличны. Поэтому чередование этих главных направлений отражает эволюционную тенденцию в филогенезе почти всех групп.

Биологическая эволюция отлична от эволюции атомов, Земли, общества и др. В ее основе -- "уникальные процессы самовоспроизведения макромолекул и живых организмов, которые таят в себе почти неограниченные возможности преобразования живых систем в ряду поколений", -- отмечает известный эволюционист А. В. Яблоков. Биологическая эволюция -- необратимое и в известной степени направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованиями биогеоценозов и биосферы в целом, отмечает он. С возникновения жизни органическая природа непрерывно развивается сотни миллионов лет, и результатом процесса эволюции является то разнообразие форм живой материи, которая еще не полностью описана, классифицирована и изучена. Формы живой материи -- и предмет, и объект эволюции. Результаты биологической эволюции многообразны, это всегда соответствие развивающейся живой системы условиям ее существования.

Основные теории эволюции живой природы

В 18 веке появились идеи, связанные не только с признанием градации, но и постоянного усложнения органических форм. Швейцарский естествоиспытатель Ш. Бонне впервые использовал понятие эволюции как процесса длительного, постепенного изменения, приводящего к появлению новых видов.

В единую теорию идеи градации и идеи эволюции слились в 19 веке в эволюционной теории Ж. Б. Ламарка (1744-1829) в научном труде "Философия зоологии". Ламарк полагал, что первые самозародившиеся организмы дали начало всему многообразию ныне существующих живых форм. Причиной эволюции Ламарк считал присущее живой природе заложенное Творцом стремление к усложнению и самосовершенствованию своей организации, путем "упражнения" органов. Вторым фактором эволюции и неограниченной изменчивости видов он называл влияние внешней среды: пока она не изменяется, виды постоянны, как только она становится иной, виды также начинают меняться.

Заслугой Ламарка является и то, что он первым предложил генеалогическую классификацию животных, построенную на принципах родственности организмов, а не их сходства. [7]

С точки зрения современной науки, доказательства причин изменяемости видов, приводимые Ламарком, не были достаточно убедительными. Поэтому теория Ламарка не получила признания у современников. Но она не была и опровергнута.

Большой вклад в становление эволюционной теории внёс Ж. Кювье (1769-1832), который сам исходил из идеи постоянства вида. Кювье систематически проводил сравнение строения одного и того же органа или системы органов у разных животных. Он установил, что все органы любого живого организма представляют собой части единой целостной системы. Поэтому строение каждого органа закономерно соотносится со строением остальных. Такое соответствие Кювье назвал принципом корреляций. Безусловной заслугой Кювье стало применение этого принципа в палеонтологии, что позволило восстановить облик давно исчезнувших с Земли животных.

Большой популярностью в начале 19 века пользовалась теория катастроф, также сформулированная Кювье, на основе его изучения истории Земли, земных животных и растений. В результате Кювье пришёл к выводу, что на Земле периодически происходили катаклизмы, уничтожавшие целые материки, а вместе с ними и их обитатели. Позднее на их месте появлялись новые организмы. Последователи Кювье утверждали, что катастрофы охватывали весь земной шар. После каждой катастрофы следовал акт божественного творения. Таких катастроф и актов творения они насчитали 27.

Позиции теории катастроф пошатнулись лишь в середине 19 века. Немалую роль в этом сыграл принцип актуализма Ч. Лайеля (1797-1875). Он исходил из того, что для познания прошлого Земли нужно изучить её настоящее. Лайель пришёл к выводу, что медленные, ничтожные изменения на Земле могут привести к поразительным результатам, если будут долго идти в одном направлении. Так был сделан ещё один шаг к эволюционной теории, создателем которой стал Ч. Р. Дарвин (1809 - 1882).

Если до Дарвина биология делала акцент на устойчивости биологических организмов и смогла выявить определенные структурные закономерности, например связи органов и целостности живых организмов, то теория эволюции принципиально изменила саму постановку вопросов в теоретической биологии. Исходным пунктом теории эволюции стала проблема изменчивости, а вопрос об устойчивости изменений стал рассматриваться как механизм отбора изменений, их стабилизации.

Дарвин проанализировал явления индивидуальной изменчивости организмов, подчеркивая, что источником изменений является влияние измененных условий существования. Механизмом, обеспечивающим накопление индивидуальных различий, является естественный отбор, обусловленный борьбой за существование. Благодаря этой борьбе незначительные, неопределенные различия способствуют сохранению особей и наследуются их потомством.

В наши дни целый ряд слабых пунктов эволюционной теории Дарвина и, прежде всего присущая ей идея селектогенеза, подвергнуты критике.

Одно из возражений состояло в том, что она не могла объяснить причин появления у организмов структур, кажущихся бесполезными. Однако, как выяснилось впоследствии, многие морфологические различия между видами, не имеющие значения для выживания, представляют собой просто побочные эффекты действия генов, обуславливающих незаметные, но очень важные для выживания физиологические признаки.

Слабым местом в теории Дарвина также были представления о наследственности. В дальнейшем были выявлены и некоторые другие недостатки теории Дарвина. Теория нуждалась в дальнейшей разработке и обосновании с учетом последующих достижений всех биологических дисциплин. [2]

В теории эволюции Дарвина несколько научных компонентов. Во-первых, это представление об эволюции как реальности, что означает определение жизни как динамической структуры естественного мира, а не статической системы. Виды не только изменяются во времени, но и связаны друг с другом происхождением от общих предков. Этот компонент эволюционной теории обеспечивает логическую программу для систематики, исследований по сравнительной анатомии, эмбриологии, биогеографии и т. д. Эволюция рассматривается как постоянный процесс. Изменения видов -- результат влияния естественного отбора на незначительные унаследованные отличия.

Хотя существующие виды и обладают различными свойствами, считается, что эти свойства просто отражают исторический процесс дивергенции (расхождения), который уничтожил промежуточные формы или связующие виды. Считается, что с течением времени в результате постепенных малых изменений возникают новые формы, совершенно отличные от родительского вида. Положение о том, что виды произошли путем естественного отбора, Дарвин вывел, основываясь на пяти основных наблюдениях (фактах) и сделал три вывода. Все виды обладают биологическим потенциалом к увеличению количества особей до больших популяций. Однако популяции в природе демонстрируют относительное постоянство количества особей во времени.

Ресурсы, необходимые для существования видов, ограничены, поэтому количество особей в популяциях примерно постоянно во времени.

Вывод 1. Между представителями одного вида существует борьба за ресурсы, необходимые для выживания и размножения. Только небольшая часть особей выживает и дает потомство. Не существует двух особей одного вида, которые бы обладали одними свойствами. Представители одного вида демонстрируют большую изменчивость. В основном изменчивость обусловлена генетически, поэтому наследуется.

Вывод 2. Конкуренция между представителями одного вида зависит от уникальных наследственных свойств особей, обеспечивающих преимущества в борьбе за ресурсы для выживания и размножения. Такая неодинаковая способность к выживанию и есть естественный отбор.

Вывод 3. Накопление наиболее благоприятных свойств в результате естественного отбора приводит к постоянному изменению видов. Так происходит эволюция. [2]

Опираясь на огромный фактический материал и практику селекционной работы по выведению новых сортов растений и пород животных, Ч. Дарвин сформулировал основные принципы своей эволюционной теории:

-первый принцип постулирует, что изменчивость является неотъемлемым свойством живого;

-второй принцип раскрывает внутренние противоречия в развитии живой природы и утверждает, что, с одной стороны, все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, а с другой -- выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства;

-третий принцип обычно называют принципом естественного отбора, который играет фундаментальную роль в теории эволюции не только Дарвина, но и всех теорий, появившихся позднее. Естественный отбор постоянно распространяет по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая неприспособленные, сохраняя и слагая устойчивые, работая неслышно и невидимо над усовершенствованием каждого органического существа в связи с условиями его жизни, органическими и неорганическими.

Особую роль в становлении новых представлений о развитии сыграла генетика, которая составила основу неодарвинизма - теории органической революции путём естественного отбора признаков, детерминированных генетические. Другое общепринятое название неодарвинизма - синтетическая, или общая, теория эволюции (СТЭ), которая представляет собой синтез эволюционных идей Дарвина с новыми результатами исследований в области наследственности и изменчивости. Началом разработки СТЭ принято считать работы русского генетика С. С. Четверикова по популяционной генетике. Затем к этой работе подключились около 50 учёных из восьми стран. [4]

Основные положение СТЭ можно свести к четырем утверждениям:

1) главным фактором эволюции считается естественный отбор, интегрирующий и регулирующий действие всех остальных факторов (мутагенеза, гибридизации, миграции, изоляции и т. д. );

2) эволюция протекает постепенно, посредством отбора случайных мутаций, а новые формы образуются через наследственные изменения;

3) эволюционные изменения случайные и ненаправленны. Исходные организации популяции и изменения внешних условий ограничивают и направляют наследственные изменения;

4) макроэволюция, ведущая к образованию надвидовых групп, осуществляется только посредством процессов микроэволюции. Каких либо специфических механизмов возникновения новых форм жизни не существует.

Однако и синтетическая теория эволюции имеет ряд трудностей, что ставит эволюционистов в трудное положение, и на которых основываются недарвиновские концепции эволюции.

Доказательства эволюции живой природы

Эволюционные процессы наблюдаются как в естественных условиях, так и в лаборатории. Известны случаи образования новых видов. Также описаны случаи развития новых свойств посредством случайных мутаций. Факт эволюции доказан экспериментально

Чтобы получить сведения об эволюционной истории жизни, палеонтологи анализируют ископаемые останки организмов. Степень родства между современными видами можно установить сравнивая их строение, геномы, развитие эмбрионов (онтогенез). Еще один источник информации об эволюции -- закономерности географического распространения животных и растений, которые изучает биогеография. Все эти данные укладываются в единую картину -- эволюционное дерево жизни.

Наблюдаемые сегодня изменения в популяциях доказывают не только существование эволюции, но и существование ряда механизмов, необходимых для эволюционного происхождения всех видов от общего предка. Было установлено, что геномы подвержены разнообразным мутациям, среди которых перемещение интронов, дупликация генов, рекомбинации, транспозиции, ретровирусные вставки (горизонтальный перенос генов), замена, удаление и вставка отдельных нуклеотидов, а также хромосомные перестройки. Кроме того, были обнаружены всевозможные промежуточные этапы возникновения новых видов, что свидетельствует о плавном характере видообразования.

Развитие и распространение устойчивых к антибиотикам бактерий и устойчивых к пестицидам растений и насекомых является доказательством эволюции видов. За последние 50 лет зарегистрировано более 2500 случаев адаптации насекомых-вредителей к различным пестицидам. Поэтому для борьбы с вредителями вместо обычных ядов стараются использовать биологические пестициды -- энтомопатогенные вирусы. [5]

Наблюдения за современными видами показывают, что видообразование непрерывно происходит в существующих популяциях.

Если видообразование происходит постепенно, в результате небольших последовательных изменений, то и сегодня мы должны наблюдать все возможные стадии видообразования, а значит и все возможные стадии репродуктивной изоляции: свободное скрещивание между популяциями, затрудненное скрещивание, снижение плодовитости потомства, бесплодное потомство, и наконец -- полную генетическую изоляцию. Если ничего подобного среди современных видов обнаружить не удается, то тем самым опровергаются основы эволюционного учения, то есть это пример фальсифицируемости эволюционного учения.

Существует множество примеров того, как разные виды могут скрещиваться в исключительных условиях. Например, у черной вороны и серой вороны разные ареалы, но на пересечении этих ареалов виды могут образовывать гибриды.

Неполное видообразование можно наблюдать у различных кольцевых видов: представители вида обитают вокруг гор, водоемов и т. п. , при этом соседние популяции скрещиваются между собой и незначительно различаются, а крайние формы различаются значительно и не скрещиваются . У многих гибридов снижена фертильность. Многие другие виды могут давать бесплодное гибридное потомство. При скрещивании ряда других видов достигается оплодотворение, но позднее зародыш погибает.

Конкретным примером крупномасштабных эволюционных изменений при неполном видообразовании является белый медведь (Ursus maritimus), который, несмотря на родство с бурым медведем (Ursus arctos), очевидное в силу того факта, что эти виды могут скрещиваться и давать плодовитое потомство, приобрёл значительные физиологические различия с бурым медведем. Эти различия позволяют белому медведю комфортно жить в условиях, в которых бурый медведь не выжил бы.

Судя по палеонтологической летописи и по измерениям скорости мутаций, полная несовместимость геномов, делающая невозможным скрещивание, достигается в природе в среднем за 3 миллиона лет. А значит, наблюдение образования нового вида в естественных условиях в принципе возможно, но это редкое событие. В то же время, в лабораторных условиях скорость эволюционных изменений может быть увеличена, поэтому есть основания надеяться увидеть видообразование у лабораторных животных. [1]

Современная общепринятая в научном сообществе классификация живых организмов представляет собой многоуровневую иерархическую структуру: организмы делятся на царства, царства делятся на типы, типы -- на классы, классы -- на отряды, и так далее. В результате такого ветвления получается филогенетическое дерево. Однако принципиальная возможность построения единой классификации означает, что в основе этой классификации существует объективная закономерность. Именно такой результат можно ожидать при эволюционном происхождении животных от общего предка. Ветвление филогенетического дерева соответствует делению популяций в процессе видообразования.

Известное доказательство эволюции -- наличие так называемых промежуточных форм, то есть организмов, сочетающих в себе характерные признаки разных видов. Как правило, говоря о промежуточных (или "переходных") формах имеют ввиду ископаемые виды, хотя промежуточные виды не всегда вымирают. На основе филогенетического дерева теория эволюции предсказывает, какие промежуточные формы могут быть найдены, а какие -- нет. В соответствии с научным методом, сбывшиеся предсказания подтверждают теорию. Например, зная строение организмов пресмыкающихся и птиц, можно предсказать некоторые особенности переходной формы между ними. Можно прогнозировать возможность найти остатки животных, подобных рептилиям, но с перьями, или останки животных, подобных птицам, но с зубами или с длинными костяными хвостами. При этом можно предсказать, что не будут найдены переходные формы между птицами и млекопитающими, например -- ископаемые млекопитающие с перьями или подобные птицам ископаемые с костями среднего уха как у млекопитающих. В тех случаях, когда палеонтологическая летопись оказывается особенно полна, появляется возможность построить так называемые филогенетические ряды, то есть ряды видов, последовательно сменяющих друг друга в процессе эволюции. [2]

Рудименты также можно определить независимо от эволюционного учения как структуры, редуцированные и обладающие меньшими возможностями по сравнению с соответствующими структурами в других организмах. Рудиментами называются органы, утратившие своё основное значение в процессе эволюционного развития организма . Если рудимент и оказывается функциональным, то он выполняет относительно простые или малозначимые функции с помощью структур, очевидно предназначенных для более сложных целей. Хотя многие рудиментарные органы совершенно не функциональны, отсутствие функций не является необходимым условием для рудиментарности. Такие органы крайне распространены в природе. Примеры рудиментов:

-Глаза у некоторых пещерных и роющих животных, таких как протей, слепыш, крот, астианакс мексиканский (Astyanax mexicanus, слепая пещерная рыба). Часто глаза скрыты под кожей

-Малая берцовая кость у птиц.

-Остатки волосяного покрова и тазовых костей у некоторых китообразных.

-У некоторых змей, в том числе у питона, имеются кости задних конечностей. Эти кости не крепятся к позвоночнику и относительно свободно -перемещаются в брюшной полости.

-У многих видов жуков, таких как Apterocyclus honoluluensis, крылья лежат под сросшимися надкрыльями.

-У человека к рудиментам относятся хвостовые позвонки, волосяной покров туловища, ушные мышцы, морганиевы желудочки гортани, червеобразный отросток слепой кишки (аппендикс).

Доказательство и эволюции являются также атавизмы. Атавизмом называется появление у особи признаков, свойственных отдалённым предкам, но отсутствующих у ближайших. Появление атавизмов объясняется тем, что гены, отвечающие за данный признак, сохранились в ДНК, но не функционируют. Примеры атавизмов:

-Хвостовидный придаток у человека;

-Сплошной волосяной покров на теле человека;

-Добавочные пары молочных желез;

-Задние ноги у китов;

-Задние плавники у дельфинов;

-Задние ноги у змей;

-Дополнительные пальцы у лошадей;

-Возобновление полового размножения у ястребинки волосистой и у клещей семейства Crotoniidae(англ. )[3]

Эмбриологические доказательства. У всех позвоночных животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жаберных дуг, хвост, один круг кровообращения и т. д. (закон зародышевого сходства Карла Максимовича Бэра). Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно стирается и начинают преобладать черты, свойственные их классам, семействам, родам, и, наконец, видам. Эволюционные изменения могут касаться всех фаз онтогенеза, то есть могут приводить к изменениям не только зрелых организмов, но и эмбрионов, даже на первых этапах развития. Тем не менее, более ранние фазы развития должны отличаться большим консерватизмом, чем более поздние, так как изменения на более ранних этапах развития, в свою очередь, должны привести к большим изменениям в процессе дальнейшего развития. Например, изменение типа дробления вызовет изменения в процессе гаструляции, равно как и во всех следующих стадиях. Поэтому изменения, проявляющиеся на ранних этапах, гораздо чаще оказываются летальными, чем изменения, касающиеся более поздних периодов онтогенеза. [5]

Биохимические доказательстваю. Анализ ДНК даёт убедительнейшие доказательства теории эволюции. Сам факт наличия наследственной изменчивости необходим для эволюции, и если бы оказалось, что ДНК устойчива к изменениям, это означало бы конец теории. Но ДНК постоянно мутирует, причём эти мутации соответствуют различиям между геномами разных видов.

Биохимическое единство жизни. Носителем наследственной информации во всех клетках являются молекулы ДНК, у всех известных организмов в основе размножения -- репликация этой молекулы. В ДНК всех организмов используются 4 нуклеотида (аденин, гуанин, тимин, цитозин), хотя в природе встречаются не менее 102 различных нуклеотидов. Кроме того, в природе встречается 390 различных аминокислот, но белки всех организмов составляются из одного и того же набора, в котором всего 22 аминокислоты. При этом возможно 1,4 * 1070 различных информационно эквивалентных генетических кодов, использующих те же самые кодоны и аминокислоты. Если не учитывать эволюционное происхождение всех организмов от общего предка, то ничто не мешает каждому виду иметь собственный генетический код. Такое положение вещей было бы крайне выгодным, так как при этом исключалось бы преодоление вирусами межвидовых барьеров. Тем не менее, ничего подобного не наблюдается, и теория эволюции исключает такую возможность: изменения генетического кода приводят к изменению большинства белков организма, такая мутация практически всегда оказывается летальной, поэтому код не мог значительно измениться со времён последнего общего предка, что гарантирует его универсальность.

2-я хромосома человека. После слияния двух хромосом остаются характерные следы: остатки теломер и рудимертарная центромера. 2-я хромосома, таким образом, представляет собой убедительное доказательство эволюционного происхождения людей и других обезьян от общего предка.

Эндогенные ретровирусы. Эндогенные ретровирусы представляют собой следы древних вирусных инфекций в ДНК. Ретровирусы (такие как ВИЧ и Т-лимфотропный вирус человека, вызывающий лейкоз и лимфому) встраивают собственный код в геном заражённого организма. Обычно после этого клетка начинает продуцировать новые копии вируса, но в этом процессе возможны сбои: копирование встроенной вирусной последовательности подавляется клеткой хозяина, но последовательность остаётся в структуре хромосомы. Если этот процесс произошёл в стволовой половой клетке, то такую последовательность будут наследовать потомки инфицированной особи. Ретровирусы встраиваются в геном случайным образом, вероятность независимой встройки одинаковых вирусов на одинаковые позиции пренебрежимо мала. А значит, генетический код одного и того же ретровируса может присутствовать у двух животных на одной и той же позиции в ДНК только в том случае, если эти животные произошли от общего предка.

Биогеографические доказательства. Если два вида сравнительно недавно произошли от одной популяции, то они, как правило, обитают недалеко от ареала этой исходной популяции, а значит и недалеко друг от друга. Таким образом, географическое распределение видов должно быть совместимо с филогенетическим деревом. Если не принимать во внимание теорию эволюции, то разумно предположить, что виды живут в наиболее подходящих для них условиях. Теория эволюции же предсказывает, что должно быть много благоприятных для вида мест, в которых представители вида тем не менее отсутствуют, в связи с наличием географических барьеров. [4]

16. Демэкология изучает естественные группировки организмов одного вида - популяции, т.е. элементарные надорганизменные макросистемы. Ее основной задачей является выяснение условий, при которых формируются популяции, а также изучение внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношений, структуры, динамики и численности популяции.

Структура и классификация популяций.

Популяция - совокупность особей одного вида, способная обмениваться генетической информацией, занимающая определенную территорию и более или менее изолированная в пространстве и времени от других особей этого же вида.

Как биологическая единица, популяция обладает определенной структурой и функциями.

Структура популяции - определенное количественное соотношение особей разного возраста, пола, размера, разных генотипов и их распределение в пространстве.

Возрастная структура популяции определяет общую рождаемость и смертность популяции. Например, в быстрорастущих популяциях рождаемость очень высока, то есть значительную долю составляют молодые особи, способные к самовоспроизведению.

Половая структура популяции отражает соотношение полов в популяции. В большинстве популяций соотношение самцов и самок примерно 1:1.

Функции популяции тождественны функциям других биотических систем: рост, развитие, способность к самовоспроизведению, способность поддерживать существование в постоянно изменяющихся внешних условиях и т.д.

Параметры популяций

Численность популяции - общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Ее величина никогда не бывает постоянной и зависит от двух противоположных явлений - рождаемости и смертности.

Плотность популяции - определяется количеством особей или биомассы на единицу площади или объема. Величина плотности популяции непостоянна и зависит от численности.

Колебания численности популяции

Стабильная популяция характеризуется примерным постоянством численности в течение некоторого промежутка времени и формируется при одинаковой интенсивности рождаемости и смертности. Однако, в отдельные моменты этого промежутка времени численность популяции может отклоняться от среднего значения.

Колебания численности особей любой популяции называются волнами жизни или популяционными волнами. Различают следующие виды колебаний численности естественных популяций:

1. Непериодические - встречаются редко. Причина возникновения - появление нового места обитания (пример: массовое размножение кроликов в Австралии, колорадского жука - в Европе, разрастание зарослей кактусов апонции в Австралии).

2. Периодические - происходят в течение одного сезона или нескольких лет:

· сезонные - максимальная численность и увеличение плотности популяции достигается к концу каждого периода размножения за счет появления молодых особей. Например, у многих насекомых, птиц, мелких водных организмов, мышевидных грызунов

· циклические - с подъемом численности в среднем через каждые 4 года. Например, у песцов и полярных сов.

Можно выделить три основных типа популяционной динамики численности

· Стабильный тип – отличается небольшим размахом колебаний. Свойствен видам с хорошо выраженными механизмами популяционного гомеостаза, высокой выживаемостью, низкой плодовитостью, большой продолжительностью жизни, сложной возрастной структурой, развитой заботой о потомстве. Такова, например, динамика численности крупных млекопитающих и птиц, а также ряда беспозвоночных.

· Флюктуирующий тип – колебания происходят в значительном интервале плотностей, различающихся на один ‑ два порядка величин. При этом различают три фазы колебательного цикла: нарастания, максимума, разрежения численности. Возврат к стабильному состоянию происходит быстро. Преобладают меж- и внутривидовые взаимодействия. Такой ход численности широко распространен в разных группах животных.

· Взрывной тип с вспышками массового размножения – прекращение действия модифицирующих факторов не вызывает быстрого возврата популяции в стабильное состояние. Динамика численности складывается из циклов, в которых различают пять обязательных фаз: нарастания численности, максимума, разреживания, депрессии, восстановления. Для популяций периодически характерны предельно высокий и необычайно низкий уровень численности. Такой ход численности обнаруживается чаще всего у видов с малой продолжительностью жизни, высокой плодовитостью, быстрым оборотом генераций. Он свойствен, например, некоторым насекомым, среди млекопитающих отмечен у многих видов мышевидных грызунов.

Тип динамики численности – скорее популяционная, но не видовая характеристика. Популяции одних и тех же видов в различных условиях могут характеризоваться разным ходом динамики численности. Это объясняется преимущественно тем, что среди регуляторных механизмов большую роль играют межвидовые взаимосвязи, которые в пределах ареала вида могут быть разной степени напряженности. Так, многие виды, которые в природных условиях сдерживались врагами, проявляют склонность к вспышкам массового размножения в садах и на полях, где ослаблен биологический контроль

Длина волны жизни прямо пропорциональна продолжительности цикла развития организма.

Численность популяции зависит от множества факторов, которые можно условно разделить на 2 группы:

· факторы, не зависящие от плотности популяции. Например, абиотические (наиболее важны - климатические).

· факторы, зависящие от плотности популяции: конкуренция, деятельность паразитов, хищников, болезни, пища. Если плотность популяции приближается к некоторому верхнему пределу, то влияние этих факторов усиливается, но в некоторых случаях может и снижаться.

Внутрипопуляционная регуляция численности

Любая природная популяция характеризуется своим оптимальным значением плотности, при отклонении от которого в большую или меньшую сторону начинают работать механизмы ее внутренней регуляции. Основным механизмом является действие биотических факторов, зависящих от плотности популяции. Абиотические факторы влияют на смертность особей, но самостоятельно не создают равновесие в популяции.

К важнейшим биотическим факторам, определяющим регуляцию численности равновесных популяций, относят:

1. Внутривидовая конкуренция.

2. Межвидовая конкуренция.

3. Сложные поведенческие и физиологические механизмы.

4. Перестройка генетической структуры популяции.

Конкуренция - совокупность взаимоотношений между особями одного и того же вида или разных видов, соревнующихся за одни и те же ресурсы среды при недостатке последних.

Наиболее острая внутривидовая конкуренция проявляется между наиболее сходными особями вида. Благодаря ей происходит сохранение в каждом поколении особей, наиболее отличающихся друг от друга.

Причинами возникновения внутривидовой конкуренции являются:

1. Неблагоприятные условия среды.

2. Переуплотнение популяции, обуславливающее недостаток какого-либо ресурса.

Регулирующая роль внутривидовой конкуренции проявляется следующими способами:

· эмиграция особей

· высокая смертность особей в раннем возрасте

· изменение плодовитости особей

· внутривидовое хищничество (каннибализм) - поедание особей своего вида. К каннибализму наиболее склонны самки, его объектами могут быть как родственные, так и неродственные особи. Примеры: 1) поедание самками богомола и каракурта своих самцов после спаривания; 2) съедание личинками наездника своих собратьев в теле хозяина, так как там может прокормиться только один.

Межвидовая конкуренция возникает между особями экологически близких видов. Может быть пассивной и проявляться в потреблении ресурсов внешней среды, необходимых обоим видам, и активной, связанной с подавлением одного вида другим.

Хищничество также является фактором, ограничивающим численность популяции. Высокая численность популяции жертвы способствует росту популяции хищника. С другой стороны, влияние хищника на популяцию жертвы проявляется также в уничтожении больных животных и улучшении среднего качественного состава популяции жертвы. Если биотический потенциал хищника выше биотического потенциала жертвы, то хищник способен регулировать численность популяции жертвы. В противном случае хищник не может регулировать численность жертвы.

Некоторые поведенческие механизмы регуляции численности популяции направлены на предотвращение межвидовой и внутривидовой конкуренции. Изменение плотности популяции может иметь сигнальное или рефлекторное действие. Такая сигнализация имеет химическую природу (например, у земноводных крыс) и в случае высокой численности популяции приводит к ее снижению, при малой - к увеличению.

Эффект массы возникает при чрезмерном увеличении численности популяции и заключается в явлениях социального стресса, действующего на эндокринную систему и приводящего к снижению рождаемости, увеличению смертности и эмиграции особей.

Эффект группы

возникает при объединении особей в группы внутри популяции, что обеспечивает ее нормальное функционирование и развитие. Группам присущи все черты популяции, но они характеризуются более высокой степенью объединения и способностью к саморегуляции численности.

Современная концепция автоматического регулирования численности популяции учитывает 2 явления: модификация; регуляция.

Различают 2 группы экологических факторов:

1. Модифицирующие экологические факторы - факторы, не зависящие от плотности популяции и воздействующие на организмы или непосредственно, или через изменение других элементов биоценоза (например, абиотические факторы)

2. Регулирующие экологические факторы - зависят от плотности популяции и связаны со способностью живых организмов реагировать на плотность своей популяции и популяций других видов по принципу отрицательной обратной связи (например, биотические)

17. Стресс и различные режимы адаптации

Для суждения об особенностях экстремального состояния организма особый интерес приобретает изучение общих механизмов адаптации в сопоставлении с силой раздражителя, когда ранжирование этой силы осуществляется не применительно к самому повреждающему фактору, а в зависимости от ответной реакции конкретного организма. В этой связи привлекает внимание замысел, постановка задач и интерпретация результатов исследований, которые более десяти лет проводят в Сибирском центре АМН Л.Х. Гаркави с сотрудниками. Исходя из предположения о единстве механизмов общей реакции напряжения организма на раздражители разной силы и сопоставляя реакцию на разные по качеству, но сходные по силе раздражители, авторы существенно расширили представления об общем адаптационном синдроме и сформулировали понятие о типах адаптационных реакций и об уровнях их реализации.

Результатом исследований стало выделение трех типов адаптационных реакций в зависимости от силы: реакция на слабые раздражители, или реакция тренировки; реакция на раздражители средней силы, или реакция активации: реакция на сильные, чрезвычайные раздражители, или стресс-реакция.

Рассматривая три стадии стресс-реакции (по Г. Селье) -- тревоги, резистентности и истощения, авторы раскрывают их биологический смысл и приходят к заключению, что, уже начиная с первой стадии. реакции тревоги, защита организма достигается ценой повреждения (угнетения) деятельности ряда желез внутренней секреции, функции пищеварительной системы и т.д. Переход стадии тревоги в стадию резистентности авторы связывают в значительной мере с развитием в ЦНС запредельного торможения как крайней меры защиты по И.П. Павлову. В результате чувствительность нервных аппаратов к новым раздражителям снижается, и этим достигается стресс-лимитирующий эффект, после того как благодаря стресс-реакции произошли соответствующие изменения в организме. Стадия истощения еще в большей мере является примером состояния, когда сохранение жизни достигается ценой повреждения. В наиболее тяжелых случаях ценой адаптации может оказаться сама жизнь организма.

Характеризуя неспецифическую реакцию тренировки, авторы выделяют три ее стадии, которым соответствует определенный комплекс изменений в нейроэндокринной системе. Первая стадия, обозначенная как стадия ориентировки, начинает проявляться через 6 часов и формируется до 24--48 часов после начала действия раздражителя. Для нее характерно умеренное охранительное торможение ЦНС, повышающее порог возбудимости для идентичных по силе раздражителей. А для того чтобы реакция продолжала развиваться, необходимо небольшое волнообразное (периодическое) повышение интенсивности раздражителя. В этом случае все сводится к умеренному повышению пассивной резистентности и противовоспалительного потенциала, требующему минимальных энергозатрат.

Вторая стадия -- стадия перестройки отличается постепенным снижением секреции глюкокортикоидных гормонов и повышением секреции минералкортикоидных гормонов надпочечниками. Наблюдается постепенное повышение активности тимико-лимфатической системы и системы соединительной ткани. Общий метаболизм снижается, достигая энергетически выгодного уровня с минимальной затратой пластических материалов. Происходит накопление пластических ресурсов -- белков и аминокислот. Эта стадия может продолжаться до месяца и переходит в следующую, третью стадию.

Третья стадия -- тренированности. Ее отличат повышенная резистентность, но в отличие от стресс-реакции она достигается не ценой повреждения. При этом тимус увеличивается в 1.5--1.8 раза, количество лимфоцитов доходит до верхней границы средней нормы, а количество полиморфноядерных нейтрофилов, напротив, приближается к нижней границе нормы. Содержание глюкокортикоидов и минералкортикоидов не выходит за пределы нормы. Повышается уровень РНК в коре головного мозга. Интересно, что развивающееся благодаря умеренному охранительному торможению ЦНС и активации защитных систем организма повышение резистентности относится не только к качественно идентичным раздражителям, но и к другим.

В общей неспецифической реакции на раздражители средней силы (реакции активации), по мнению авторов, следует выделять две стадии. Первая стадия формируется к шестому часу и продолжается 24--48 часов. Для нее характерны существенное увеличение тимуса (в 2--2.5 раза), увеличение числа лимфоцитов при умеренном снижении количества сегментоядерных нейтрофилов и некотором повышении числа эозинофилов, увеличение минералкортикоидной активности, умеренное повышение функций щитовидной железы и половых желез. В ЦНС преобладает физиологическое возбуждение. Вторая стадия активации наступает после первой, если первая стадия поддерживается периодическим повторением раздражителя без повышения его силы. В последнем случае реакция активации может перерасти в стресс-реакцию. В этой связи авторы предлагают разделять реакцию активации на два вида: реакцию спокойной активации и реакцию повышенной активации, способную трансформироваться в стресс-реакцию.

Авторы совершенно справедливо обращают внимание на то обстоятельство, что в широком диапазоне доз различных биологически активных факторов -- от минимально действующей и до максимальной, смертельной не удается проследить прямой количественно-качественной зависимости. Индивидуальная реакция на количественно идентичные раздражители может существенно различаться и даже проявляться в разных по величине типах. Это зависит от реактивности организма. Экспериментальным путем авторы установили, что переход одной реакции в другую (следующую) требует увеличения дозы воздействия на 15--20 %. Таким образом, основные четыре реакции -- тренировки, спокойной активации, повышенной активации и стресса могут вызываться в относительно узком диапазоне воздействия. Это привело авторов к заключению о существовании в организме нескольких уровней (этажей) реактивности, на каждом из которых существует четкая градация доз, определяющих характер реакции по предложенной ими четырехстепенной классификации. Для каждого из уровней (этажей) реактивности существует свой предел напряжения, реализующийся в стадии истощения стресс-реакции. Это предельное напряжение становится нижней границей реактивности более высокого этажа. Такие представления дают основание авторам говорить о некой периодической системе адаптационных реакций, в которой повышение уровня (этажа) адаптационных реакций связано со снижением реактивности, а сама реактивность определяется соотношением факторов, реализующих реакцию, и факторов, способствующих ареактивности. По мере увеличения этажа (то есть силы раздражителя) и соответственно по мере снижения реактивности предлагается выделять и три этапа ареактивности:

состояние покоя, когда сила раздражителя и количество вовлеченных в реакцию структур не достигают уровня реактивности соответствующего этажа;

состояние этажной ареактивности по отношению к повторяющемуся, постоянному раздражителю (что вызывает к нему адаптацию и определяет определенную стабилизацию процесса);

состояние экстремальной ареактивности, характеризующееся запредельным торможением с позиций нейрофизиологии, а также сочетанием несогласованности воздействия (или, по терминологии авторов, десинхронизацией) функциональных систем жизнеобеспечения и. напротив, полной согласованности (или, по Л.Х. Гаркави и соавтор гиперсинхронизацией) факторов, поддерживающих аутокаталитическое воспроизведение порочного круга.

Периодический характер обнаруженной зависимости развития основных адаптационных реакций от силы раздражителя авторы расценивают как одно из проявлений общей периодической закономерности, существующей на разных уровнях организации материи, начиная с химических элементов. Основу этой закономерности они видят в дискретном количественном изменении разных свойств, то есть в проявлении диалектического принципа перехода количества в качество.

Столь подробное изложение в настоящей главе научной позиции Л.Х. Гаркави и ее сотрудников не случайно. Дело в том, что, по мнению клинициста, эта позиция в определенной мере обозначает предел возможностей физиологического подхода к решению клинических задач, связанных с экстремальным состоянием организма. Этот подход, безусловно, содержит ряд конструктивных положений, которые требуют разработки конкретных форм клинической реализации. Вместе с тем обращение к физиологическим аспектам функциональной компенсации при чрезвычайном воздействии на организм позволяет подвести некоторый итог изложения исходной теоретической позиции, определяющей пути дальнейшего изучения проблемы экстремального состояния в интересах клинической практики.

Изучению адаптации человека к стрессорам в последнее десятилетие уделяется большое внимание. Это связано, в частности, с увеличением числа экстремальных ситуаций как природного, так и социального происхождения. При этом все большее место занимают не только острые стрессовые ситуации, но и хронические стрессовые влияния, оставляющие после себя значительные последствия. Такие экстремальные ситуации требуют от человека долгосрочной адаптации, создания новых или модифицированных форм существования. Изучение особенностей приспособляемости человека к хроническим стрессовым воздействиям особенно важно, поскольку они захватывают обычно большие регионы и значительные массы населения. По мнению некоторых исследователей, хронические посттравматические стрессовые расстройства, по-видимому, встречаются значительно чаще, чем острые, однако изучены они гораздо меньше.

Недостаток экспериментальных исследований адаптации человека при длительном стрессе обусловлен, с одной стороны, трудностями организации экспериментов с многосуточным (многомесячным) пребыванием человека в экстремальных условиях, с другой – многообразием проявлений и сложностью картин изменений физиологических, психологических и социально-психологических характеристик человека.

• Физиологические механизмы адаптации к стрессовым ситуациям можно представить в виде комплекса:

1) нейрогормональных изменений:

– ГАМК-эргическая тормозная система мозга;

– система простагландинов и арахидоновой кислоты;

– система антиоксидантов (токоферолы, стероиды, серосодержащие аминокислоты, аскорбиновая кислота и ряд других витаминов).

2) клеточных изменений:

– активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, ведущих в первую очередь к увеличению скорости транскрипции РНК на структурных генах ДНК в ядрах клеток, ответственных за адаптацию;

– возможное участие в этих процессах нейропептидов, в частности опиоидов, субстанции Р, дельта-пептида сна и др.

Экспериментальные исследования позволили выявить три главных изменения, развивающихся в организме при адаптации к стрессу:

1) адаптивное увеличение потенциальной мощности стресс-реализующих систем;

2) снижение степени включения таких систем, т. е. уменьшение стресс-реакции по мере повторения стрессорных ситуаций;

3) снижение реактивности нервных центров и исполнительных органов к медиаторам и гормонам стресса – их своеобразная десенситизация.

Человек постоянно испытывает на себе влияние факторов окружающей среды. Их многообразие условно можно подразделить на две большие группы: природные и социальные.

Природные факторы. Сюда относятся факторы живой и неживой природы. В соответствии с этим различают биотические и абиотические факторы. К абиотическим факторам среды относят воздушную среду, атмосферное давление, световое излучение, магнитные поля, температуру окружающей среды, метеопогодные факторы и т. п. Человек адаптировался к различным климатогеографическим условиям. Он приспособился к циклическим изменениям в природе: к смене дня и ночи, времен года. К биотическим факторам относят все многообразие животного и растительного мира, включая возбудителей болезней. Как правило, на человека действует комплекс природных факторов. Так, сезонные факторы включают в себя изменения освещенности, температуры, влажности и т. п.

Социальные факторы. Социальные факторы в жизни современного человека весьма разнообразны. В последнее время большое значение приобрели антропогенные факторы, особенно загрязнение почвы, воздушной и водной среды. Традиционно социальными факторами считаются различные виды трудовой деятельности, условия жизни в городе и селе. Технический прогресс характерен тем, что изменяется соотношение физического и умственного труда, а значит, и комплекс сопровождающих их факторов. Освоение труднодоступных районов, богатых полезными ископаемыми, глубоководные погружения, полеты в космос – все перечисленное сопряжено с экстремальными воздействиями на организм. Это может быть влияние высоких и низких температур, шумов, вибраций, изменение газовой среды и барометрического давления, действие измененной гравитации – перегрузок или невесомости. Вместе с тем и обычная трудовая деятельность в нормальных условиях, включая учебный процесс, также требует адаптации к ней организма.

18. Химическое загрязнение биосферы.

Свой реферат я начну с обзора тех факторов, которые приводят к ухудшению состояния одной из важнейших составляющих биосферы - атмосферы. Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию и что сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и незаконченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая неизмерно обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.

Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто лет развитие промышленности "одарило" нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

Основные загрязняющие вещества.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серусодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение атмосферы.

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб.км. пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже:

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс.куб.м. условного оксида углерода и более 150 т. пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Фотохимический туман (смог).

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.

Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен сновапревращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжащейся диссоциации новые массы диоксида азота расщеппляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной спосбностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК).

Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК - такие концентрации, которые на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей.

Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО (Главной Геофизической Обсерватории. Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК длительного действия - среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующее значения ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют. Максимальные разовые концентрации основных загрязняющих веществ были наибольшими в Норильске (оксилы азота и серы), Фрунзе (пыль), Омске (угарный газ). Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500 тыс. жителей. Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.

3. Химическое загрязнение природных вод

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные вещества, пестициды).

Неорганическое загрязнение.

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице:

Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапозон рН промышленных стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн.т. солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 12 млн.т./год. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.

Органическое загрязнение. Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн.т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые привогдят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества - жиры, масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена ниже:

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера).

Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизится ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

4. Проблема загрязнения Мирового океана (на примере ряда органических соединений).

Нефть и нефтепродукты.

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуорисценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифвтических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

а) Парафины (алкены) - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины - ( 30 - 60% от общего состава) - насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические углеводороды - (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен).

г) Олефины (алкены) - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 6 млн.т. нефти, что составляло 0,23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. В период за 1962-79 годы в результате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т. нефти. За последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн.т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.

Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн.т./год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн.т. нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину:

Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 1-10% (280 нм), 60-70% (400нм).

Пленка толщиной 30-40 мкм полностью полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую - "нефть в воде"- и обратную - "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

Пестициды.

Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы: инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и бактерициды - для борьбы с бактериальными болезнями растений, гербициды - против сорных растений. Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В настоящее время более 5 млн.т. пестицидов поступает на мировой рынок. Около 1,5 млн.т. этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем золовым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгецидов и гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся на три основных группы: хлороорганические, фосфороорганические и карбонаты. Хлороорганические инсектициды получаются путем хлороирования ароматических и гетероциклических жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ и его производные, в молекулах которых устойчивость алифатических и ароматических групп в совместном присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные хлородиена (элдрин). Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встречаются полихлорбифенилы - производные ДДТ без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров. За последние 40 лет использовано более 1,2 млн.т. полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов. Полихлорбифенилы (ПХБ) попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых

отходах на свалках. Последний источник поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с атмосферными осадками выпадают во все районах Земнего шара. Так в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПБХ составило 0,03 - 1,2 кг./л.

Синтетические поверхностно-активные вещества.

Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия. В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные, катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионоактивные вещества. На их долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленнрсти связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.

Соединения с канцерогенными свойствами.

Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Максимальное количество ПАУ в современных данных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) обнаружено в тентонически активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

Тяжелые металлы.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий,цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс.т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс.т. ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла (910 тыс.т./год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предриятий поступали в залив Минамата. Свиней - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах,почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиней активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (20-30) т. свинца в год.

Сброс отходов в море с целю захоронения (дампинг).

Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Основанием для дампинга в море служит возможность морской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна.

Поэтому дампинг рассматривается как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству технологии. В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит (на массу сухого вещества) 32-40% органических веществ; 0,56% азота; 0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0,085% свинца; 0,001% ртути; 0,001% кадмия. Во время сброса прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышаеся мутность воды. Наличие органических веществ часто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и не редко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода.

Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен награнице воздух - вода. Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробиантов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно и длительная повышенная мутность приданной воды приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данного сообщества. При организации системы контроля за сбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамики загрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих веществ в составе материального сброса.

Тепловое загрязнение.

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв.км. Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностным и донным слоям. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом теипературы усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей.

На основании обобщения материала можно сделать вывод, что эффекты антропогенного воздействия на водную среду проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительное действие загрязняющих веществ приводит к упроще нию экосистемы.

5. Загрязнение почвы.

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности. Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение пестицидами.

Пестициды как загрязняющий фактор.

Открытие пестицидов - химических средств защиты растений и животных от различных вредителей и болезней - одно из важнейших достижений современной науки. Сегодня в мире на 1 га. наносится 300 кг. химических средств. Однако в результате длительного применения пестицидов в сельском хозяйствем медицине (борьба с переносчиками болезней) почти повсеместно отличается снижение из эффективности вследствие развития резистентных рас вредителей и распространению "новых" вредных организмов, естественные враги и конкуренты которых были уничтожены пестицидами. В то же время действие пестицидов стало проявляться в глобальных масштабах. Из громадного количества насекомых вредными являются лишь 0,3% или 5 тыс. видов. У 250-ти видов обнаружена резистентность к пестицидам. Это усугубляется явлением перекрёстной резистенции, заключающейся в том, что повышенная устойчивость к действию одного препарата сопровождается устойчивостью к соединениям других классов. С общебиологических позиций резистентность можно рассматривать как смену популяций в результате перехода от чувствительного штамма к устойчивому штамму того же вида вследствие отбора, вызванного пестицидами. Это явление связано с генетическими, физиологическими и биохимическими перестройками организмов. Неумеренное применение пестицидов (гербицидов, инсектицидов, дефолиантов) негативно влияет на качество почвы. В связи с этим усиленно изучается судьба пестицидов в почвах и возможности и возможности их обезвреживать химическими и биологическими способами. Очень важно создавать и применять только препараты с небольшой продолжительностью жизни, измеряемой неделями или месяцами. В этом деле уже достигнуты определенные успехи и внедряются препараты с большой скоростью деструкции, однако проблема в целом ещё не решена.

Кислые атмосферные выпады на сушу.

Одна из острейших глобальных проблем современности и обозримого будущего - это проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. Районы кислых почв не знают засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств оксилов серы, азота, углерода. Эти оксилы, поступая в атмосферу переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами. Главными источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в индустрии, в сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу оксилов серы, азота, сероводорода и оксида углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков, наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.

19. История жизни на Земле — это история взаимодействия живых существ и окружающей среды. Именно окружающая среда оказывала воздействие на физическую форму и свойства растительного и животного мира. Несмотря на то, что период обратного воздействия невелик, динамическое равновесие в природе нарушено.

Развитие науки и техники оказывает качественное воздействие на человека и окружающую среду. Современный мир — это мир высоких технологий, которые освобождают человека от рутинных дел и одновременно предъявляют жесткие требования к качествам человека. Неправильное применение человеком результатов научно-технической революции ведет к истощению природных ресурсов и разрушению биосферы. Мощность построенных человеком технических систем позволяет уничтожить все живое на Земле. Потенциально техника сейчас гораздо опаснее для человека, чем в начале века. Мы живем в условиях новой реальности — диктатуры техники и технологий.

До тех пор, пока человек будет находиться в бессознательном взаимодействии с инструментами массовых технологий, актуальными будут слова Бертрана Рассела о том, что человечество «готовит дело собственной погибели». Уже недостаточно сознавать серьезность экологических проблем, настало время принятия разумных и нравственных решений. Человеку сейчас, быть может, как никогда в прошлом, необходимо целостное мировоззрение, опирающееся на современную науку.

Характер взаимодействия человека и техники определяется особенностями окружающей среды — совокупностью политико-правовых, социально-экономических и природных факторов. Техника — не только продукт деятельности, она дает представление об уровне физического и духовно-нравственного развития человека той или иной эпохи. Во все времена определяющим фактором созидательной деятельности был человеческий труд, включающий не только его физическое усилие, но интелектуальный, нравственный потенциал.

Условия для интеграции интеллекта и нравственности создаются в системе образования. Современная модель образования сформировалась в условиях, когда индустриальное общество вступило в фазу массового потребления и высокие темпы развития экономики стали опережать ответные действия человека по организации оптимального взаимодействия в системе «человек-техника-природа». В обществе заговорили об экологическом кризисе и о выживании человечества.

Развитие индустриального общества опирается на системы преобразования энергии, сырья, информации. Каждая из этих систем преобразования жизненно необходима и находится во взаимосвязи и взаимодействии друг с другом. Повышенный расход сырья, например, может уменьшить затраты энергии. Использование информации об энерго- и ресурсосберегающих технологиях позволяет уменьшить затраты энергии и сырья. И наоборот, дополнительные затраты сырьевых и человеческих ресурсов способны восполнить недостатки технологии производства.

Осознание взаимосвязи между тремя источниками бытия позволяет определить цель и управлять их взаимодействием для того, чтобы эффективно использовать человеческие и сырьевые ресурсы. Информация представляет собой неистощимый стратегический ресурс человечества и выступает как важнейшее связующее звено между человеком и окружающей средой.

В настоящее время индустриальное общество уступает место обществу информационному, главными факторами развития которого становятся информация и опыт человека. Как говорил Г. Бокль: «Встарь богатейшими странами были те, природа которых была наиболее обильна; ныне богатейшие страны — те, в которых человек наиболее деятелен». Причем, деятельный человек — это человек, активно познающий действительность. Адекватное отражение действительности является критерием оптимального взаимодействия человека со средой. Ведущим принципом и главной проблемой развития современной цивилизации становится опережающее развитие качеств человека и технологий.

Поскольку развитие цивилизации остановить невозможно, один из путей решения проблем — разработка биосферосберегающих технологий. Биосфера организована по принципу безотходной технологии: продукты жизнедеятельности одних видов необходимы другим.

Происходящие качественные изменения в системе «человек-техника-природа» требуют создания в системе образования условий для воспитания в человеке способности находить, понимать, осваивать, производить и распространять в течение всей жизни новые блоки информации, адекватно отражающие действительность. Развитие таких качеств человека как проектирование, прогнозирование и управление — основной путь реформирования системы образования. Философия образования для ХХI в. — прогнозирование, научно-исследовательская и конструкторская деятельность.

20. Природопользование — 1) использование природной среды для удовлетворения экологических, экономических, культурно-оздоровительных потребностей общества;[1] 2) наука о рациональном (для соответствующего исторического момента) использовании природных ресурсов обществом —- комплексная дисциплина, включающая элементы естественных, общественных и технических наук[2].

Природопользование подразделяется на рациональное и нерациональное.

При рациональном природопользовании осуществляется максимально полное удовлетворение потребностей в материальных благах при сохранении экологического баланса и возможностей восстановления природно-ресурсного потенциала. Поиск такого оптимума хозяйственной деятельности для конкретной территории или объекта является важной прикладной задачей науки природопользования. Достижение данного оптимума получило название «устойчивое развитие».

При нерациональном природопользовании происходит экологическая деградация территории и необратимое исчерпание природно-ресурсного потенциала.

Природопользование как учебная дисциплина

Большое значение в формировании нового мышления в отношении к природе имеет изучение общепрофессиональной образовательной дисциплины «Природопользование», рассматривающей один из актуальных аспектов проблемы постиндустриального развития общества — объективная оценка состояния и оптимизация использования природных ресурсов и условий окружающей природной среды, их охраны и воспроизводства.

[править]Цели и задачи дисциплины

Человек, вооруженный техникой и стремящийся к максимальному потреблению, стал самым опасным живым существом на планете Земля. Он не только уничтожает другие виды животных и растений, но и изобретает все более разрушительные виды оружия массового поражения, включая ядерное, бактериологическое, химическое, тектоническое, климатическое и др.

Необходимость изменения поведения человечества приводит к появлению нового «экологического» стиля мышления и экологизации всей системы знаний. Экология внедряется не только в естественнонаучные или технические дисциплины, но и в гуманитарные. Экологизация экономики привела к формированию нескольких новых областей исследования, соответствующих различным стадиям процесса природопользования.

Так, существует экономика природных ресурсов, изучающая проблемы эффективного использования природных ресурсов в условиях различных типов экономик и различных природно-климатических зон Земли. Эта область изучает экономику первой стадии процесса природопользования — стадии извлечения и переработки природных ресурсов.

Вторая область — экономика загрязнения (экономика удаления отходов), исследует процессы использования такого особого природного ресурса, как ассимиляционный (поглощающий) потенциал природы. Важно, какой объем загрязнения причиняет минимальный ущерб природе и с помощью каких экономических механизмов можно оптимально использовать ее поглощающий потенциал. Исследования в области экономики загрязнения имеют дело со второй стадией природопользования — удалением отходов производства.

Третья область исследования — экономика природовосстановления и природоохраны — изучает экономические особенности третьей стадии природопользования, связанной с восстановлением и охраной природных богатств.

Природопользование, совокупность воздействий человечества на географическую оболочку Земли, рассматриваемая в комплексе (в отличие от отраслевых понятий — водопользование, землепользование, лесопользование и др.).

Различают рациональное и нерациональное П. Рациональное П. направлено на обеспечение условий существования человечества и получение материальных благ, на максимальное использование каждого природного территориального комплекса, на предотвращение или максимальное снижение возможных вредных последствий процессов производства или других видов человеческой деятельности, на поддержание и повышение продуктивности и привлекательности природы, обеспечение и регулирование экономичного освоения её ресурсов (см. Природные ресурсы). Нерациональное П. сказывается в снижении качества, растрате и исчерпании природных ресурсов, подрыве восстановительных сил природы, загрязнении окружающей среды, снижении её оздоровительных и эстетических достоинств.

Составные части рационального П. — охрана, освоение и преобразование природы — проявляются в различных формах по отношению к различным типам природных ресурсов. При использовании практически неисчерпаемых ресурсов (энергия солнечного и подземного тепла, приливов и отливов и т.п.) рациональность П. измеряется прежде всего наименьшими эксплуатационными расходами, наибольшими коэффициентами полезного действия добывающих производств и установок. Для ресурсов почерпаемых и при этом невозобновимых (например, минеральных) важны комплексность и экономичность добычи, сокращение отходов и т.п. Охрана ресурсов, восполнимых в ходе использования, направлена на поддержание их продуктивности и ресурсооборота, а эксплуатация должна обеспечивать их экономичную комплексную и безотходную добычу и сопровождаться мероприятиями по предотвращению ущерба смежным видам ресурсов.

Воздействие человечества на природу существенно менялось в процессе исторического развития общества. На ранних этапах общество было пассивным потребителем природных ресурсов. С ростом производительных сил и сменой общественно-экономических формаций влияние общества на природу возрастало. Уже в условиях рабовладельческого строя и феодализма были построены крупные ирригационные системы. Капиталистический строй с его стихийной экономикой, погоней за прибылями и частной собственностью на многие источники природных ресурсов, как правило, резко ограничивает возможности рационального П. Наилучшие условия для рационального П. существуют при социалистическом строе с его плановым хозяйством и сосредоточением в руках государства природных ресурсов. Имеются многочисленные примеры улучшения природной среды в результате всестороннего учёта возможных последствий тех или иных преобразований природы (успехи ирригации, обогащение фауны, создание полезащитных лесонасаждений и т.п.).

П. наряду с физической и экономической географией тесно связано с экологией, социологией, экономикой и в особенности с технологией различных производств. О проблемах П. см. также статьи Окружающая среда, Охрана природы.

21. 1 Основы математического моделирования

Учителю интеграция предметов позволяет воспитывать у ребят охоту к целенаправленному преодолению трудностей на пути познания. Новые функции педагога главным образом определяются необходимостью чёткого представлять структуру учебной деятельности и свои действия на каждом этапе от возникновения замысла до полного его осуществления.

Приведём пример простейшей математической модели. Представим себе, что нужно определить площадь пола комнаты. Реальный объект - пол комнаты - заменяется абстрактной

математической моделью - прямоугольником.

Математическая модель, основанная на некотором упрощении, никогда не бывает тождественна рассматриваемому объекту, не передаёт всех его свойств и особенностей, а является его приближённым отражением. Однако в результате замены реального объекта соответствующей ему моделью появляется возможность математически сформулировать задачу его изучения и воспользоваться для анализа его свойств математическим аппаратом, который не зависит от конкретной природы данного объекта. Этот аппарат позволяет единообразно описать широкий круг фактов и наблюдений, провести их детальный количественный анализ, предсказать, как поведёт себя объект в различных условиях, т.е. прогнозировать результаты будущих наблюдений.

Моделирование представляет собой один из основных методов познания, является формой отражения действительности и заключается в выяснении или воспроизведении тех или иных свойств реальных объектов, предметов и явлений с помощью других объектов, процессов, явлений, либо с помощью абстрактного описания в виде изображения, плана, карты, совокупности уравнений, алгоритмов и программ. Возможности моделирования, то есть перенос результатов, полученных в ходе построения и исследования модели, на оригинал основаны на том, что модель в определенном смысле отображает (воспроизводит, моделирует, описывает, имитирует) некоторые интересующие исследователя черты объекта. Моделирование как форма отражения действительности широко распространено, и достаточно полная классификация возможных видов моделирования крайне затруднительна, хотя бы в силу многозначности понятия "модель", широко используемого не только в науке и технике, но и в искусстве, и в повседневной жизни.

Классификация в любой области знаний чрезвычайно важна. Она позволяет обобщить накопленный опыт, упорядочить понятия предметной области.

Существует несколько подходов к классификации моделей. Выделим основные:

область использования;

учёт в модели временного фактора (динамики);

отрасль знаний;

способ представления моделей.

2 Требования, предъявляемые к математическим моделям

К математическим моделям предъявляются следующие основные требования:

Универсальности.

Точности.

Адекватности.

Экономичности.

Универсальность математической модели характеризует полноту отражения в ней свойств реального объекта. Математическая модель отражает не все, а лишь некоторые свойства реального объекта.

Точность математической модели оценивается степенью совпадения значений выходных параметров реального объекта и значений тех же параметров, рассчитанных с помощью модели.

Адекватность математической модели - это ее способность отражать заданные свойства объекта с погрешностью, не выше заданной.

Экономичность математической модели характеризуется затратами вычислительных ресурсов на ее реализацию. Если работа с математической моделью осуществляется вручную, то ее экономичность определяется затратами личного времени проектировщика. Если модель используется при автоматизированном проектировании, то затратами машинного времени и памяти компьютера.

К математическим моделям предъявляется и целый ряд других требований, среди которых следует выделить следующие:

Вычислимость, т.е. возможность ручного или с помощью ЭВМ исследования качественных и количественных закономерностей функционирования объекта (системы).

Модульность, т.е. соответствие конструкций модели структурным составляющим объекта (системы).

Алгоритмизируемость, т.е. возможность разработки соответсвующих алгоритма и программы, реализующей математическую модель на ЭВМ.

Наглядность, т.е. удобное визуальное восприятие модели.

Задачи математического моделирования

Существует два основных класса задач, связанных с математическими моделями: прямые и обратные. В первом случае все параметры модели считаются известными, и нам остается только исследовать её поведение. Например, определение частоты колебаний гармонического осциллятора при известном значении параметра k - прямая задача математического моделирования.

Порой требуется решить обратную задачу: какие-то параметры модели неизвестны (например, не могут быть измерены явно), и требуется их найти, сопоставляя поведение реальной системы с её моделью. Ещё одна обратная задача: подобрать параметры модели таким образом, чтобы она удовлетворяла каким-то заданным условиям -- такие задачи требуется решать при проектировании систем.

3 Примеры математического моделирования

Структурно-функциональная организация биологических макромолекул. Классическая и квантовая динамика процессов внутримолекулярных и межмолекулярных взаимодействий макромолекул и их комплексов.

Процессы переноса заряда, вещества и энергии в молекулярно-биологических системах. Химическая и биологическая кинетика. Математические модели кинетики роста популяций. Периодические процессы в биологии. Качественная теория систем биохимических реакций.

Биологические мембраны. Моделирование структуры и основных мембранных процессов. Моделирование проницаемости и возбудимости клеточных мембран.

Биология клетки. Создание математических моделей функционирования органелл и клетки в целом. Модели внутриклеточной и межклеточной передачи сигналов. Математическое моделирование регуляции функционирования клетки.

Математическая физиология. Моделирование тканей, органов, и систем организма в норме и патологии. Моделирование иммунной, эндокринной системы, сердечно-сосудистой системы, мышечной системы, системы свертывания крови и других систем тканей и органов. Моделирование патофизиологических процессов: повреждения, регенерации и старения тканей, органов и систем. Моделирование инфекционных заболеваний. Нейросетевые модели обработки информации в структурах мозга.

Биология развития и старения. Моделирование систем контроля онтогенеза. Моделирование процессов деления и роста клеток, дифференциации тканей и морфогенеза особи. Моделирование процессов физиологической адаптации и старения организма.

Математическая генетика. Моделирование пространственной, временной и функциональной организации генетических систем. Теория внутрипопуляционной селекции. Моделирование генетического полиморфизма.

Эволюция. Математические модели эволюционной генетики. Исследования общих закономерностей макроэволюционного процесса. Эволюционные модели биоразнообразия. Популяционная биология. Моделирование динамики численности и структуры популяций с учетом различных биологических механизмов взаимодействия популяций (отношения типа хищник-жертва, конкуренция, действие лимитирующих факторов, стимуляторов и др.). Модели взаимодействия популяций через сигнальные системы.

Моделирование экосистем. Модели региональных и локальных экосистем. Геоинформационные системы. Модели глобального развития. Модели массопереноса в природных средах. Математические модели экосистем как основа экологического прогноза. Эколого-экономические модели. Математическое моделирование процессов в различных компонентах экосистем. Математическое моделирование искусственных экосистем. Модели взаимодействия экосистем. Модели круговорота веществ. Модели замкнутых экосистем. Теория подобия экосистем.

Вычислительная экология. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. Интегрированные оценки взаимосвязи биосферы и климата. Экология вирусов: моделирование межпопуляционных взаимодействий в системе вирусы-переносчики - потенциальные хозяева в различных экологических нишах. Математические модели эпидемического процесса. Задачи прогноза и управления эпидемическим процессом.

Системная биология. Общие проблемы моделирования сложных систем. Качественная теория поведения биологических систем во времени. Теория редукции сложности математических моделей. Общесистемные проблемы математического моделирования популяций, сообществ, биоценозов. Модели пространственной синхронизации. Автоколебания. Диссипативные структуры. Самоорганизация и саморегуляция живых систем.

4 Составление математических моделей

Модель - это такой материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе познания (изучения) замещает объект-оригинал, сохраняя некоторые важные для данного исследования типичные его черты.

Математическая модель - модель, в которой для описания свойств и типичных черт объекта используются математические символы.

Покупая в магазине разные продукты, мы автоматически занимаемся простейшим математическим моделированием. Запомнив цену каждого продукта, мы (или кассир) складываем абстрактные числа, оплачиваем сумму и затем по каждому чеку (числу на чеке) получаем конкретный продукт.

Такую же простейшую схему математического моделирования мы много раз применяли в курсе алгебры при решении текстовых задач. Мы перекладывали практическую задачу на математический язык, решали математическую задачу, а затем интерпретировали математический результат.

Процесс математического моделирования - это процесс построения математической модели. Он состоит из следующих этапов:

Переложение практической задачи на математический язык: составление уравнений, неравенств, системы уравнений и неравенств и т. д.

Решение математической задачи: уравнения, неравенства, системы и т. д.

Интерпретация математического результата: переход от найденных чисел (корней уравнений, решений неравенств) к их практическому смыслу в данной задаче.

Проверка результата практикой.

Первые три этапа мы все применяли при решении текстовых алгебраических задач. И если мы не допустили ошибок, что проверяется непосредственно проверкой или по данным в учебнике ответам, то считается, что задача решена верно. При решении практических задач такого ответа не существует. Представьте себе, что решается сложная задача о конструировании самолета или не менее сложная экономическая задача. В таких случаях необходима проверка математических выводов экспериментом.

Чтобы проверить теоретические выводы о конструкции самолета, строят его модель - единственный (а не серийный) настоящий самолет - и сначала проверяют его испытанием в аэродинамической трубе. Затем проводят испытания в настоящем полете. Во время испытания выявляются недостатки, уточняются условия задачи, уточняются и проверяются все три этапа ее решения. Затем снова эксперимент, и так до получения хорошего для практики результата.

Компьютерные модели экосистем, которые программно реализуют на ПК математические модели экосистем, позволяют проводить вычислительные эксперименты для отображения экопроцессов. Исходными данными для разработки математических моделей являются наблюдения и измерения характеристик экосистем, полученные в результате контроля ОС и лабораторных исследований. Результаты компьютерного моделирования экосистем и компьютерная оценка воздействий ОС техногенных систем имеют важное значение для решения задач управления охраной ОС.

Разработка математических моделей и компьютерное моделирование, или вычислительный (компьютерный) эксперимент - важные инструменты принятия научно-обоснованных решений различных задач управления охраной ОС. Разработка и применение математических моделей – начальные этапы системного анализа объектов ОС.

Любая математическая модель, которая позволяет лучше понимать данную проблему, столь же важна как наблюдение и факты. Математическая модель – абстрактное формализованное описание объекта, процесса или явления реального мира. Математическое абстрагирование обычно связано с некоторым упрощенным формальным представлением реального объекта. Абстракция – основа системного анализа, который позволяет выявлять главные характеристики модели объекта ОС. Блок-схема процедуры математического моделирования экологических систем представлена на рис. 5.1.

На основе изменяющейся математической модели, без разработки компьютерной модели, необходимо создать алгоритмы и комплексы программ, которые позволяют провести компьютерное моделирование или вычислительный эксперимент. Результаты, полученные при компьютерном моделировании экосистем (вычислительном эксперименте) можно использовать для сравнения с результатами наблюдений и существующими знаниями о характеристиках реальной экосистемы и ОС.

Рис. 5.1. Блок-схема процедуры разработки математической модели и компьютерного моделирования экосистемы

Изменения главных переменных состояния данной компьютерной модели обычно не будут полностью соответствовать изменениям переменных реальной экосистемы т.е. при использовании модели действительность искажается (возникает ошибка). Сравнение компьютерной модели с реальной экосистемой может быть сделано для оценки ошибок, которые происходят из-за того, что модель находится в недостаточном согласовании с реальной системой, т.е. математическая модель не адекватна реальной экосистеме. Компьютерная модель, должна неоднократно тестироваться для ее усовершенствования. Это может повторяться неоднократно для накопления более точных глубоких знаний о реальной экосистеме. После проверки адекватности математической модели (степень соответствия модели реальной экосистеме), она может быть применена для анализа других состояний той же самой экосистемы или даже к другим системам, которые непосредственно не были предметом изучения при создании этой математической модели. Проверка адекватности позволяет определить прогностические возможности моделей, т.е. степень прогнозирования. Использование моделей увеличивает наши собственные теоретические и экспериментальные знания - это важный метод анализа экосистем. Математическая и компьютерная модели используются для проведения вычислительного эксперимента и как инструмент специального исследования ОС.

Математические модели являются заменителями реальных экопроцессов и экосистем, но их параметры и характеристики должны быть сопоставимы с реальными объектами ОС. Следовательно, любое моделирование означает компромисс между теорией и практикой (экспериментом).

Разработка математических моделей экологических систем основана на блочно-модульном принципе моделирования. При использовании этого принципа математическая модель каждой экосистемы представляет собой взаимосвязанную совокупность типовых математических моделей, или блоков, некоторых процессов или явлений, представляющих собой модели переноса (вещества и/или энергии), модели использования ресурсов, модели кинетики химических и биохимических реакций, модели гидродинамики и др.

Модели переноса отображают процессы перемещения веществ в гидросфере, атмосфере и литосфере. Они основаны на предположении об эмиссии (характере выброса) и условиях перемещения веществ и предсказывают эмиссию в различных средах. Модели служат мощным информационным инструментом для предсказания нагрузок на ОС (оценки воздействия на ОС) в результате преднамеренного или непреднамеренного антропогенного воздействия. Выделяют два типа моделей переноса. Модели Эйлера, основанные на вычисленной сетке (на рассмотрении ячеек), и модели Лагранжа, которые рассматривают отдельные частицы.

Модели использования ресурсов принимают во внимание более широкое разнообразие взаимосвязанных явлений, чем модели переноса. Они требуют рассмотрения внутренних и внешних движущих сил и антропогенных взаимодействий. В частности для грунтовых вод и поверхностных водных систем существует много математических моделей, такие как модели самоочищения, модели эутрофикации (зарастание водоемов), которые описывают изменения количества и качества воды. Эти модели используются для управления водными ресурсами речных бассейнов.

В процессе приобретения знаний на основе анализа научно-технической литературы и анализа опыта наблюдений составляется предварительная математическая модель. Затем, предварительная математическая модель должна быть преобразована в формализованную гипотезу, на основе которой должны быть получены поддающиеся проверке выводы (заключения). Достоверность этих выводов (заключений) должна быть проверена с применением новых данных, не использованных при формулировке гипотезы. Если заключения оказываются правильными, то процесс познания может быть продолжен, иначе необходимо вернуться к предыдущему этапу.

Известны различные классификации математических моделей. Математические модели могут классифицироваться по их главным свойствам: общность, реалистичность или точность. Класс 1 включает модели, которые обобщают явления и пренебрегают реалистичностью и точностью. Класс 2 включает модели, которые являются реалистичными и общими, но менее точными. В классе 3 реалистичность преобладает над общностью и точностью. Другие классификации моделей учитывают динамику систем, вид математического описания, доступность данных, или тип используемых параметров.

23. Виды и особенности антропогенных воздействий на природу

Под антропогенными воздействиями понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, военных, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящую физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую природную среду.

Известный эколог Б. Коммонер (1974) выделял пять, по его мнению, основных видов вмешательства человека в экологические процессы:

-- упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов;

-- концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения;

-- рост числа ядовитых отходов от химических производств;

-- введение в экосистему новых видов;

-- появление генетических изменений в организмах растений

и животных.

Подавляющая часть антропогенных воздействий носит целенаправленный характер, т. е. осуществляется человеком сознательно во имя достижения конкретных целей. Существуют и антропогенные воздействия стихийные, непроизвольные, имеющие характер последействия (Котлов, 1978).

Нарушения основных систем жизнеобеспечения биосферы связаны в первую очередь с целенаправленными антропогенными воздействиями (рис.1). По своей природе, глубине и площади распространения, времени действия и характеру приложения они могут быть различными.

Анализ экологических последствий антропогенных воздействий позволяет разделить все их виды на положительные и отрицательные (негативные). К положительным воздействиям человека на биосферу можно отнести воспроизводство природных ресурсов, восстановление запасов подземных вод, полезащитное лесоразведение, рекультивацию земель на месте разработок полезных ископаемых и некоторые другие мероприятия.

Отрицательное (негативное) воздействие человека на биосферу проявляется в самых разнообразных и масштабных акциях: вырубке леса на больших площадях, истощении запасов пресных подземных вод, засолении и опустынивании земель, резком сокращении численности, а также исчезновении видов животных и растений, и т. д.

Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение. Большинство острейших экологических ситуаций в мире, и в частности в России, так или иначе связаны с загрязнением окружающей среды (Чернобыль, кислотные дожди, опасные отходы и т.' д.).

На ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов для земледелия, выпас скота, промысел и охота на диких животных, войны опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных сообществ, истреблению отдельных видов животных. По мере развития цивилизации, особенно бурного после промышленной революции конца средних веков, человечество овладевало все большей мощью, все большей способностью вовлекать и использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы вещества - как органического, живого, так и минерального, косного.

Рис1. Классификация целенаправленных антропогенных воздействий на биосферу:

Строительство и эксплуатация промышленных предприятий, добыча полезных ископаемых привели к серьезным нарушениям природных ландшафтов, загрязнению почвы, воды, воздуха различными отходами.

Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX в. в результате очередной промышленной революции. Бурное развитие энергетики, машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост.

Предупреждая о возможных последствиях расширяющегося вторжения человека в природу, еще полвека назад академик В. И. Вернадский писал: «Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли». Это предупреждение пророчески оправдалось. Последствия антропогенной (производимой человеком) деятельности проявляются в истощении природных ресурсов, загрязнении биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов.

В результате сжигания различного топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается около 20 млрд. т углекислого газа и поглощается соответствующее количество кислорода.

В настоящее время общая мощность источников антропогенного загрязнения во многих случаях превосходит мощность естественных. Так, природные источники окиси азота выбрасывают 30 млн. т азота в год, а антропогенные - 35-50 млн. т; двуокиси серы, соответственно, около 30 млн. т и более 150 млн. т. В результате деятельности человека свинца попадает в биосферу почти в 10 раз больше, чем в процессе природных загрязнений.

Загрязняющие вещества, возникшие в результате хозяйственной деятельности человека, и их влияние на среду очень разнообразны. К ним относятся: соединения углерода, серы, азота, тяжелые металлы, различные органические вещества, искусственно созданные материалы, радиоактивные элементы и многое другое.

Так, по оценкам экспертов, в океан ежегодно попадает около 10 млн. т нефти. Нефть на воде образует тонкую пленку, препятствующую газообмену между водой и воздухом. Оседая на дно, нефть попадает в донные отложения, где нарушает естественные процессы жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов. Кроме нефти, значительно возрос выброс в океан бытовых и промышленных сточных вод, содержащих, в частности, такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, мышьяк, обладающие сильным токсическим действием. Фоновые концентрации таких веществ во многих местах уже превышены в десятки раз. Каждый загрязнитель оказывает определенное отрицательное воздействие на природу, поэтому их поступление в окружающую среду должно строго контролироваться. Предельно допустимая концентрация (ПДК) понимается как количество вредного вещества в окружающей среде, которое не оказывает отрицательного воздействия на здоровье человека или его потомство при постоянном или временном контакте с ним. В настоящее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие их на животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природное сообщество в целом.

Кроме загрязнения среды, антропогенное воздействие выражается в истощении природных ресурсов биосферы. Огромные масштабы использования природных ресурсов привели к значительному изменению ландшафтов в некоторых регионах (например, в угольных бассейнах). Если на заре цивилизации человек использовал для своих нужд всего около 20 химических элементов, в начале XX - 60, то сейчас более 100 - почти всю таблицу Менделеева. Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100 млрд. т руды, топлива, минеральных удобрений.

Быстрый рост потребностей в топливе, металлах, минеральном сырье и их добыче привели к истощению этих ресурсов. Так, по оценкам специалистов, при сохранении современных темпов добычи и потребления разведанные запасы нефти будут исчерпаны уже через 30 лет, газа - через 50 лет, угля - через 200. Аналогичная ситуация сложилась не только с энергетическими ресурсами, но и с металлами (истощение запасов алюминия ожидается через 500-600 лет, железа - 250 лет, цинка - 25 лет, свинца - 20 лет) и минеральными ресурсами, как, например, асбест, слюда, графит, сера.

Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается на состоянии природных экосистем, особенно на зеленом покрове нашей планеты. Одним из самых наглядных показателей состояния биосферы служат леса их самочувствие.

Кислотные дожди, вызываемые главным образом диоксидом серы и оксидами азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. Установлено, что хвойные породы страдают от кислотных дождей в большей степени, чем широколиственные.

Только на территории нашей страны общая площадь лесов, пораженных промышленными выбросами, достигла 1 млн. га. Значительным фактором деградации лесов в последние годы является загрязнение окружающей среды радионуклидами. Так, в результате аварии на Чернобыльской АЭС поражено 2,1 млн. га лесных массивов.

Значительное влияние на химический состав почв оказывает современное сельское хозяйство, широко использующее удобрения и различные химические вещества для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений. В настоящее время количество веществ, вовлекаемых в круговорот в процессе сельскохозяйственной деятельности, примерно такое же, что и в процессе промышленного производства. При этом с каждым годом производство и применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве возрастает. Неумелое и бесконтрольное использование их приводит к нарушению круговорота веществ в биосфере. Особую опасность представляют стойкие органические соединения, применяемые в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве, в воде, донных отложениях водоемов. Но самое главное - они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.

Одним из основных загрязнителей воды является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результате естественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмы занимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно считавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.

24. Учение о географических системах (геосистемах) является одним из главных фундаментальных достижений географической науки. Оно по-прежнему активно продолжает разрабатываться и обсуждаться. Поскольку это учение имеет не только глубокий теоретический смысл в качестве ключевого базиса для целенаправленного накопления и систематизации фактического материала с целью получения нового знания. Велика и его практическая значимость, так как именно такой системный подход к рассмотрению инфраструктуры географических объектов лежит в основе географического районирования территорий, без которого невозможно выявлять и решать ни локально, а тем более глобально, какие-либо проблемы, касающиеся в той или иной мере взаимодействия человека, общества и природы: ни экологические, ни природопользования, ни вообще оптимизации взаимоотношений человечества и природной среды.

Географическая оболочка – среда обитания человека и объект исследования географов – находится в зоне динамического соприкосновения и взаимодействия эндогенных, экзогенных и космических процессов, разных геосфер: литосферы, биосферы, гидросферы, атмосферы. В чем состоит на этом фоне специфика геосистем, чем определяется их целостность, функционирование, динамика, эволюция, и как результат – их пространственно-временная организация? На рассмотрение этого круга вопросов в ракурсе современных представлений и нацелен настоящий реферат.

Раздел 1. Географические системы (геосистемы) и их основные свойства

Географами уже давно было замечено, что природные компоненты, составляющие естественную среду жизни человека, находятся в зависимости один от другого и в своем размещении по земной поверхности образуют взаимосвязанные территориальные сочетания. В географической литературе эти сочетания описывались под разными названиями: типы, или роды, местностей, ландшафты, природные территориальные комплексы, географические комплексы, геокомплексы, геосистемы.

В реальности подобных территориальных комплексов, или систем, легко убедиться, пересекая любую территорию по какому-либо направлению, т.е. по линии профиля. Так, перемещаясь с севера на юг, можно проследить, как вслед за изменениями климата происходит постепенная, но вполне согласованная, закономерная зональная смена условий общей обводненности территории, характерных форм рельефа, почв растительности и животного мир.

Чтобы заметить тесную взаимную пространственную приуроченность перечисленных компонентов и реальность образуемых ими сочетаний, вовсе не обязательно проделывать маршруты в сотни и тысячи километров по меридиану. Наглядное представление о географических комплексах может дать небольшой профиль, проложенный от речной долины к ближайшему водоразделу. Именно такие профили ввели в практику географических исследований ученики В. В. Докучаева Г. И. Танфильев (1857—1928), Г. Ф. Морозов (1867—1920) и Г. Н. Высоцкий (1865—1940) около ста лет назад. В качестве удачного примере можно привести комплексный профиль участка лесостепи из знаменитой книги Г. Ф. Морозова “Учение о лесе”, впервые изданной в 1920 году (рис. 1). Этот профиль сопровождается планом, так что в совокупности получается как бы объемное трехмерное представление сравнительно небольшого пространства, отчетливо дифференцированного на последовательно сменяющие друг друга комплексы. Каждый из девяти комплексов отличается своим положением в рельефе, материнской породой, почвой, растительностью. Если бы по этому профилю проводились наблюдения, над микроклиматом, уровнем грунтовых вод и другими природными явлениями, то в них непременно обнаружились бы различия по участкам профиля.

Географические компоненты взаимосвязаны не только в пространстве, но и во времени: их развитие происходит сопряженно1. Так, колебания климата вызывают изменения органического мира, уровня озер, водности рек, характера почв и даже рельефа. Поднятия и опускания земной коры влекут за собой перемены в климате, водном режиме, что, в свою очередь, неизбежно вызовет перестройку биоценозов, почв и географических комплексов в целом. Правда, перемены скажутся не сразу, поскольку каждому компоненту присуща большая или меньшая инерционность, и нужно время, чтобы они снова пришли в соответствие между собой.

Таким образом, географический комплекс (или геосистема) представляет собой определенную целостность не только в пространстве, но и во времени, и его можно определить как пространственно-временную систему географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и развивающихся как единое целое2.

Что касается терминологии, то в настоящее время в географической литературе употребляются как синонимы природный территориальный комплекс (ПТК), геокомплекс и геосистема. Последний термин, предложенный в 1963 г. В. Б. Сочавой, представляется наиболее удачным3.

К геосистемам относятся и такие сложные обширные системы, как ландшафтные (природные) зоны (например, тундра, тайга, лесостепь), и относительно простые образования, наподобие показанных на рисунке 1 (болота, дюнные холмы с сосняками и т. п.). Нужно, следовательно, различать уровни организации геосистем. Здесь мы укажем пока только три главных уровня геосистемной иерархии: глобальный (иначе — планетарный), региональный и локальный4.

Глобальный уровень представлен на Земле в единственном числе, а именно — географической оболочкой, которую короче называют эпигеосферой. Геосистемы регионального уровня — это крупные структурные части эпигеосферы, в том числе ландшафтные зоны, а также секторы, провинции, ландшафты и некоторые другие. Наконец, к геосистемам локального уровня относят наиболее простые комплексы, из которых построены региональные геосистемы. Именно к этому уровню принадлежат выделы профиля (урочища), изображенного на рисунке 1.

Чем выше ранг геосистемы, тем сложнее ее строение, которое раскрывается через характер сочетания подчиненных систем низших рангов. И чем ниже ранг, тем проще устроена геосистема, тем она однороднее. Последовательно спускаясь “сверху вниз” по таксономической лестнице геосистем, мы в конечном счете придем к последней ступени — к однородной, географически далее неделимой единице — так называемой фации.

При всем разнообразии уровней строения геосистем все они обладают некоторыми общими свойствами, которые выделяют их среди множества других систем объективной действительности (физических, биологических, социальных и др.) и определяют их “географичность”. Первое свойство всякой геосистемы — ее целостность. Систему нельзя свести к сумме ее частей — компонентов. Из взаимодействия компонентов возникает нечто качественно новое, например, способность продуцировать биомассу. “Продуктом” геосистемы, т.е. результатом ее функционирования как единого сложного механизма, служит почва — новый компонент, который не мог бы образоваться от механического сложения воды, материнской породы и органической массы, — именно целостность геосистемы порождает почву.

Целостность геосистемы проявляется в ее относительной автономности и устойчивости к внешним воздействиям, в наличии естественных границ, упорядоченности структуры. Геосистема, конечно, не изолирована от внешней среды, ее пронизывают потоки энергии и вещества, поступающие извне. Но внутренние связи геосистемы более тесные, чем внешние. В ней происходят непрерывный обмен и превращение энергии и вещества. Всю совокупность процессов перемещения и трансформации энергии и вещества в геосистеме можно назвать ее функционированием. Оно слагается из поглощения и трансформации солнечной энергии, влагооборота, геохимического круговорота, биологического метаболизма и механического перемещения вещества под действием силы тяжести.

Структура геосистемы определяется как ее пространственно-временная организация или упорядоченность взаимного расположения и соединения отдельных частей. В геосистемах различают структуру вертикальную (или радиальную) и горизонтальную (или латеральную).

Первая выражается в ярусном, т.е. упорядоченном в соответствии с законом всемирного тяготения, расположении компонентов, которые связаны вертикальной же системой вещественно-энергетических потоков. Примерами вертикальных системообразующих потоков могут служить выпадение атмосферных осадков, их фильтрация в почву и грунтовые воды, поднятие водных растворов по капиллярам почвы и материнской породы и по сосудам растений, испарение с почвы, транспирация.

Под горизонтальной структурой геосистемы подразумевают упорядоченное расположение геосистем низших рангов внутри системы более высокого ранга, например урочищ в пределах ландшафта, как это показано на рисунке 1. В данном случае упорядоченное расположение локальных геосистем (урочищ) определяется рельефом. Рельеф же направляет и основные латеральные потоки: водный (склоновый) сток, а вместе с ним — перенос твердых частиц и вещества в растворенном виде, стекание холодного воздуха по склонам.

Помимо пространственной упорядоченности геосистемам присуща и временная упорядоченность структурных частей. Достаточно вспомнить о снежном покрове — это специфически временной компонент, который регулярно появляется и исчезает во многих геосистемах в холодное время года. Зеленая масса растений, напротив, появляется и “работает” (т.е. участвует в функционировании) в геосистемах высоких и умеренных широт лишь в теплое время года. Таким образом, всякой геосистеме свойственен закономерный набор состояний, ритмически сменяющихся в годичном цикле. Один год — это характерное время геосистемы, или время ее выявления.

Отсюда мы подходим к понятию динамика геосистемы. Под динамикой имеются в виду такие изменения геосистемы, которые имеют обратимый характер и не приводят к перестройке ее структуры. Это прежде всего циклическая смена состояний (сезонных, суточных), а кроме того, восстановительные смены, возникающие после нарушения геосистемы внешними факторами, в том числе и хозяйственным воздействием (например, вырубкой леса, распашкой). Динамические изменения свидетельствуют о способности геосистемы возвращаться к исходному состоянию (пока действие внешних возмущающих факторов не перешло некоторого критического порога), т.е. ее устойчивости. Устойчивость и изменчивость — два важных качества геосистемы, находящиеся в диалектическом единстве.

От динамики следует отличать эволюционные изменения, или развитие геосистем. Развитие — направленные (необратимые) изменения, приводящие к коренной перестройке структуры, т.е. к появлению новой геосистемы (например, вследствие глобальных изменений климата, интенсивных тектонических движений и ряда других причин). Эволюционные изменения присущи всем геосистемам. Перестройка локальных геосистем может происходить на глазах человека, о чем свидетельствуют такие процессы, как зарастание озер, заболачивание лесов, возникновение оврагов. Время трансформации систем регионального уровня измеряется геологическими масштабами (по меньшей мере, тысячелетиями и даже миллионами лет). Перестройка всей географической оболочки, естественно, требует наиболее длительных сроков.